📊 Diagramme de prédominance et distribution d'un acide
Une molécule d'acide, c'est un peu un hérisson qui perd ses piquants (ses protons H⁺) quand le milieu devient basique. Fais glisser le pH de 0 à 14, regarde les 40 molécules du bécher se transformer, et découvre pourquoi tout se joue autour d'un seul nombre : le pKa.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Les courbes donnent le pourcentage de chaque forme en fonction du pH. Elles se croisent à 50 % exactement quand pH = pKa : l'acide et sa base conjuguée sont alors à égalité.
- Le diagramme de prédominance, sous le graphique, résume tout : à gauche du pKa, l'acide prédomine ; à droite, c'est la base. Les pKa sont les frontières entre les zones.
- À une unité de pH du pKa, une forme représente déjà environ 91 % du total ; à deux unités, plus de 99 %. Le passage d'une forme à l'autre se fait donc sur 2 à 4 unités de pH seulement.
- Pour l'acide carbonique, l'acide phosphorique ou la glycine, il y a plusieurs pKa : chaque molécule peut perdre plusieurs protons, un par un, et chaque forme intermédiaire domine entre deux pKa successifs.
- Avec le bleu de bromothymol, les deux formes n'ont pas la même couleur : la solution est jaune, verte puis bleue. C'est le principe d'un indicateur coloré, dont la zone de virage entoure le pKa.
Expériences à faire
- Pour l'acide éthanoïque, place-toi à pH = pKa + 1 puis à pH = pKa − 1 : quels pourcentages obtiens-tu ? Retrouve-les avec la relation pH = pKa + log([A−]/[AH]).
- Dans le vinaigre (pH ≈ 2,5), l'acide éthanoïque est-il surtout sous forme CH3COOH ou CH3COO− ? Et dans l'eau de mer (pH ≈ 8,1), sous quelle forme est le dioxyde de carbone dissous ?
- Choisis ✏️ Mon acide et entre les pKa d'un acide de ton livre, par exemple l'acide citrique (3,13 ; 4,76 ; 6,40) : quelle forme prédomine à pH = 5 ?
- Pour la glycine, à quel pH la forme cationique et la forme anionique sont-elles en quantités égales ? Compare avec la moyenne des deux pKa.
- Quelle est la forme majoritaire de l'acide phosphorique à pH = 7,0 ? Ce mélange H2PO4− / HPO42− sert de tampon dans les cellules.
La chimie derrière l'animation
- Constante d'acidité du couple AH / A− : Ka = [A−] × [H3O+] / ([AH] × c°), et pKa = −log Ka. Plus le pKa est petit, plus l'acide est fort.
- En prenant le logarithme : pH = pKa + log([A−]/[AH]). Si pH > pKa, la base A− prédomine ; si pH < pKa, c'est l'acide AH.
- Fractions d'un monoacide : %A− = 100 / (1 + 10pKa − pH) et %AH = 100 − %A−. Pour un polyacide, chaque forme i a une proportion proportionnelle à 10Σ(pH − pKa,k) (somme sur les k ≤ i), ce que l'animation calcule exactement.
- Valeurs à 25 °C utilisées : CH3COOH / CH3COO− 4,76 ; HCOOH / HCOO− 3,75 ; NH4+ / NH3 9,25 ; CO2,H2O / HCO3− 6,35 et HCO3− / CO32− 10,33 ; H3PO4 2,15 ; 7,20 ; 12,35 ; glycine 2,34 et 9,60 ; bleu de bromothymol 7,1.
- Un acide α-aminé comme la glycine existe surtout sous forme d'amphion +H3N–CH2–COO− entre ses deux pKa ; il est le plus abondant au point isoélectrique pHi = (pKa1 + pKa2) / 2 ≈ 5,97.
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