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a) Acide /base conjuguée

Un acide A est une espèce chimique capable de céder un proton H⁺, selon la formule AH <=> A^- + H⁺. A^- est appelé la " base conjuguée " de l'acide. Réciproquement une base est une espèce chimique capable de capter un proton H⁺, donc tous les ions chargés négativement sont des bases. L'acide peut se dissocier partiellement ou totalement dans l'eau. Dans le premier cas, cela signifie qu'on trouvera dans l'eau AH, H⁺, et A^- . Dans le deuxième cas, on ne trouvera plus l'acide AH dans la solution, mais seulement sa base conjuguée et H⁺. Un acide fort est un acide qui se dissocie totalement dans l'eau. Par exemple pour l'acide nitrique : HNO₃ -> H⁺ + NO₃^-.

Un acide faible est un acide qui ne se dissocie que partiellement dans l'eau. Par exemple pour l'acide acétique (le vinaigre) : CH₃CO₂H <=> H⁺ + CH₃CO₂^-. Cette réaction est un équilibre caractérisé par une constante de dissociation (Ka) qui est propre à chaque acide.

b) Apparition d'espèces en solution selon le pH

On peut effectuer un classement de ces acides selon leur capacité de dissociation. Le pKa est une grandeur proportionnelle à cette capacité. Plus pKa est petit, plus l'acide est fort (pKa = 0 pour les acide forts tels que les acides nitrique, chlorhydrique ou sulfurique). Plus le pKa est grand, plus l'acide est faible.

Si on reprend l'exemple : HCO₃^- <=> H⁺ + CO₃^2-.
HCO₃^- est l'acide, et CO₃^2- est la base conjuguée. Le pKA est celui du couple acide/base conjuguée qui pour HCO₃^- / CO₃^2- vaut 10,3. Pour pH inférieur à 10.3, on trouvera majoritairement en solution l'espèce HCO₃^-. Si on augmente le pH au-dessus de 10.3, on observera alors que l'espèce CO₃^2- est majoritaire. Selon le pH de la solution, on peut donc faire favoriser la réaction dans un sens ou l'autre.

Remarque sur le CO₂ : le dioxyde de carbone est un acide faible (acide carbonique), et même un diacide faible, ce qui signifie qu'il est capable de céder 2 protons :

(1) CO₂ + H₂O <=> H⁺ + HCO₃^-
(2) HCO₃^- <=> H⁺ + CO₃^2-

Nous avons donc ici deux couples acide/base .
(1) un premier couple CO₂ / HCO₃^- caractérisé par un pKa = 6,35
(2) un second couple HCO₃^-/ CO₃^2- caractérisé par un pKa=10,3.

Cela signifie que pour une eau dont le pH est inférieur à 6,35 c'est le CO₂ qui est majoritaire, pour une eau dont le pH est compris entre 6,35 et 10,3 les HCO₃^- sont majoritaires, et pour une eau dont le pH est > 10,3 les ions CO₃^2- sont majoritaires. En modifiant le pH, on peut donc faire varier les concentrations des différents ions puisqu'ils sont en équilibre les uns avec les autres.

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