Spé. Physique-Chimie · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
À chaque couple acide-base AH/A^- on associe une réaction de l'acide avec l'eau : AH(aq) + H_2O(\ell) = A^-(aq) + H_3O^+(aq). Sa constante d'équilibre est la constante d'acidité K_A = \dfrac{[A^-][H_3O^+]}{[AH]}, grandeur sans dimension caractéristique du couple (l'eau solvant n'y figure pas). On manipule plus souvent son logarithme, pK_A = -\log K_A. Plus K_A est grand, donc plus pK_A est petit, plus l'acide est fort : il se dissocie davantage dans l'eau.
En prenant le logarithme de l'expression de K_A, on obtient une relation centrale : pH = pK_A + \log\dfrac{[A^-]}{[AH]}. Elle relie le pH de la solution à la répartition entre les deux formes du couple. Lorsque [A^-] = [AH], on a pH = pK_A : c'est la frontière du diagramme de prédominance.
Le diagramme de prédominance représente sur un axe gradué en pH les domaines où chaque espèce est majoritaire. Pour pH < pK_A, l'acide AH prédomine ; pour pH > pK_A, la base A^- prédomine. Les indicateurs colorés sont une application directe : leur changement de teinte (zone de virage) entoure leur pK_A.
Pour situer une espèce, on compare le pH au pK_A : pH inférieur, l'acide domine ; pH supérieur, la base domine. Pour un rapport de concentrations, on applique [A^-]/[AH] = 10^{pH - pK_A}. Pour comparer deux acides, on compare leurs pK_A (le plus petit pour le plus fort). Pour un indicateur coloré, on relie la couleur observée à la forme prédominante selon la position du pH.
Ne pas inverser le rapport dans le logarithme : c'est bien [A^-]/[AH] (base sur acide). Un acide est d'autant plus fort que son pK_A est petit (attention au sens). Ne pas faire figurer l'eau solvant dans K_A. Le diagramme de prédominance indique l'espèce majoritaire, pas la seule présente.
La relation pH = pK_A + \log\dfrac{[A^-]}{[AH]} est l'outil central : sache la retrouver en passant au logarithme de K_A. Trace systématiquement le diagramme de prédominance pour visualiser la frontière pH = pK_A. Pour les indicateurs, justifie la teinte par la forme prédominante et la teinte de virage par la coexistence des deux formes autour du pK_A.