Fiche de révision : pH et équilibre acido-basique

📋 Plan du Cours

1. Autoprotolyse et produit ionique
2. Électrolytes et dissociation
3. Acides, bases et couples conjugués
4. Calcul du pH des solutions
5. Solutions tampons
6. Tampons de l’organisme
7. Tampon bicarbonate et pH sanguin
8. Désordres acido-basiques
9. Compensation des désordres
10. Interprétation des bilans

📖 1. Autoprotolyse et produit ionique

🔑 Notions clés & Définitions

• Autoprotolyse de l’eau : Dissociation de deux molécules d’eau en un ion oxonium H3O+ et un ion hydroxyde OH−.

📝 Points essentiels

📐 Formule — À 25 °C, le produit ionique de l’eau vérifie $K_e = [H_3O^+] [OH^-] = 10^{-14}$.

• Dans l’eau pure à 25 °C, les concentrations en H3O+ et OH− sont chacune égales à 10−7 mol/L.

📌 Une solution est acide si [H3O+] > [OH−], neutre si [H3O+] = [OH−] et basique si [H3O+] < [OH−].

💡 Astuce mémo

Dissociation de l’eau → H3O+ et OH− → neutralité, acidité ou basicité

📖 2. Électrolytes et dissociation

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrolyte : Molécule qui se dissocie en ions en solution aqueuse.
• Coefficient de dissociation : Rapport entre le nombre de molécules dissociées et le nombre total de molécules.

★ À maîtriser

• HCl est un électrolyte fort qui se dissocie complètement en H+ et Cl−, tandis que l’acide acétique est un électrolyte faible qui se dissocie partiellement.

Compléments

📌 Selon la loi de dilution d’Ostwald, une molécule est d’autant plus dissociée que la dilution est grande.

💡 Astuce mémo

Électrolyte fort : dissociation complète ; électrolyte faible : dissociation partielle

📖 3. Acides, bases et couples conjugués

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide : Substance capable de céder un proton H+ et donc d’augmenter la concentration en H+ de la solution.
• Base : Substance capable de capter un proton H+ ou de libérer un ion OH− et donc de diminuer la concentration en H+ de la solution.

📝 Points essentiels

📌 Dans un couple acide-base conjugué, la base est l’acide qui a perdu un proton H+ et les deux formes ne diffèrent que par ce proton.

📐 Formule — Pour la dissociation $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$, la constante d’acidité vérifie $K_a = \frac{[H_3O^+][A^-]}{[AH]}$ et $pK_a=-\log K_a$.

💡 Astuce mémo

L’acide cède H+ ; la base capte H+ ou libère OH−

📖 4. Calcul du pH des solutions

★ À maîtriser

📐 Formule — Le pH d’une solution aqueuse est défini par $pH=-\log[H_3O^+]$, d’où $[H_3O^+]=10^{-pH}$.

📐 Formule — Pour un acide fort suffisamment concentré, le pH vérifie $pH=-\log C$, où C est la concentration molaire de l’acide.

📌 Pour un acide fort très dilué tel que [H+]a < 10−5 mol/L, il faut ajouter les ions H+ issus de l’autoprotolyse de l’eau dans le calcul du pH.

📐 Formule — Pour un acide faible suffisamment concentré, $[H^+]=(K_aC)^{1/2}$ et $pH=\frac{1}{2}(pK_a-\log C)$.

📐 Formule — Pour une base forte suffisamment concentrée, $pH=14+\log C$ à 25 °C, car $pH+pOH=14$.

Compléments

📐 Formule — Pour un couple acide-base conjugué, les constantes vérifient $K_aK_b=K_e$.

💡 Astuce mémo

Fort concentré → fort dilué ; faible concentré → faible dilué

📖 5. Solutions tampons

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution tampon : Solution dont le pH varie peu lors de l’ajout de petites quantités d’acide ou de base, ou lors d’une dilution.

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’équation de Henderson-Hasselbalch d’un couple AH/A− est $pH=pK_a+\log\frac{[A^-]}{[AH]}$.

• Lorsqu’un acide est ajouté à un tampon AH/A−, A− consomme H3O+ pour former AH, ce qui limite la variation du pH.

• Le pouvoir tampon β est maximal lorsque [A−] = [AH], c’est-à-dire lorsque pH = pKa.

💡 Astuce mémo

Ajout d’acide ou de base → conversion du conjugué → faible variation du pH

📖 6. Tampons de l’organisme

📝 Points essentiels

• Les principaux tampons de l’organisme sont: le tampon bicarbonate-acide carbonique, le tampon phosphate, les protéines intracellulaires et plasmatiques

📌 Le tampon bicarbonate-acide carbonique est un tampon ouvert essentiellement extracellulaire, alors que les tampons phosphate et protéiques sont des tampons fermés.

📖 7. Tampon bicarbonate et pH sanguin

📝 Points essentiels

📐 Formule — À 37 °C, pour le tampon bicarbonate-acide carbonique, $K_a=10^{-6{,}1}\ \mathrm{mol/L}$ et $pH=pK_a+\log\frac{[HCO_3^-]}{[CO_2]_{dissous}}$.

📐 Formule — Selon la loi de Henry, $[CO_2]_{dissous}=P_{CO_2}s_{CO_2}$, avec $s_{CO_2}=0{,}03\ \mathrm{mmol/L/mmHg}$ dans le plasma à 37 °C.

📐 Formule — La relation d’Henderson-Hasselbalch du plasma s’écrit $pH=pK_a+\log\frac{[HCO_3^-]}{0{,}03\times P_{CO_2}}$.

• Le pH artériel normal est compris entre 7,35 et 7,45.

💡 Astuce mémo

Le bicarbonate augmente le pH ; le CO2 dissous le diminue

📖 8. Désordres acido-basiques

★ À maîtriser

📌 Une acidose métabolique résulte d’une diminution des bicarbonates, tandis qu’une acidose respiratoire résulte d’une augmentation de la PCO2.

📌 Une alcalose métabolique résulte d’une augmentation des bicarbonates, tandis qu’une alcalose respiratoire résulte d’une diminution de la PCO2.

Compléments

• La production d’acides dans le diabète ou la perte de bicarbonates lors d’une diarrhée sont des causes métaboliques d’acidose.

• Les vomissements et les pertes rénales d’acides sont des causes métaboliques d’alcalose, tandis que l’hypoxie et le stress peuvent provoquer une alcalose respiratoire.

💡 Astuce mémo

Métabolique = bicarbonates ; respiratoire = PCO2

📖 9. Compensation des désordres

📝 Points essentiels

• 🔄 La compensation de l’acidose respiratoire comprend:

  1. augmentation de la PCO2
  2. augmentation compensatrice des bicarbonates
  3. réabsorption rénale des bicarbonates

• Lors d’une alcalose respiratoire, la diminution de la PCO2 est compensée par une diminution des bicarbonates grâce à leur élimination rénale.

• Lors d’une acidose métabolique, la diminution des bicarbonates est compensée par une hyperventilation qui élimine du CO2 et diminue la PCO2.

• Lors d’une alcalose métabolique, l’augmentation des bicarbonates est compensée par une hypoventilation qui augmente la PCO2.

📌 La compensation respiratoire est rapide mais limitée car elle doit rester compatible avec l’oxygénation, tandis que la compensation métabolique est plus lente mais relativement importante.

💡 Astuce mémo

Trouble respiratoire → rein ; trouble métabolique → ventilation

📖 10. Interprétation des bilans

★ À maîtriser

• L’analyse d’un bilan suit cet ordre:
  • examiner le pH
  • identifier l’anomalie primaire
  • évaluer la compensation

📌 Un désordre est compensé lorsque le pH se normalise et partiellement compensé lorsque le pH reste anormal.

• Chez Corentin, le pH de 7,14 et les bicarbonates à 4,3 mmol/L indiquent une acidose métabolique, tandis que la PCO2 à 13 mmHg traduit une compensation respiratoire par hyperventilation dans un contexte de diabète avec glycémie à 18 mmol/L.

Compléments

• Chez le jeune homme présentant un pH de 7,14, une PCO2 de 69 mmHg et des bicarbonates à 22,6 mmol/L, l’anomalie primaire est une acidose respiratoire.

💡 Astuce mémo

pH → anomalie primaire → compensation

📊 Tableaux de synthèse

Désordres acido-basiques