Certaines substances, appelées acides, libèrent des ions hydrogène - essentiellement des protons - lorsqu'elles se dissolvent dans l'eau. D'autres substances, appelées bases, acceptent des protons lorsqu'elles sont en solution dans l'eau. Les protons sont très réactifs et peuvent endommager la matière organique. En général, la concentration de protons dans un milieu aqueux a un impact important sur les organismes et doit être étroitement régulée.
Cette section aborde les acides, les bases et l'échelle de pH.
Acides
Lorsque les acides se dissolvent dans l'eau, ils s'ionisent et libèrent des ions H⁺ (protons). Un acide fort, comme l'acide chlorhydrique (HCl), se dissocie complètement en ions H⁺ et Cl⁻. En revanche, un acide faible, comme l'acide acétique (CH₃COOH), ne se dissocie pas complètement, car une quantité considérable de la molécule initiale ne sera pas ionisée. Plus la concentration en H⁺ est élevée, plus l'acidité est importante.
Bases
Alors que les acides sont des donneurs de H⁺, les bases sont essentiellement des accepteurs de H⁺. En solution, une base forte comme l'hydroxyde de sodium (NaOH) se dissocie complètement en ions Na⁺ et OH⁻. Les ions OH⁻ (hydroxyde) résultants se combinent avec les protons et forment des molécules d'eau. L'ammoniac (NH₃) est une autre base qui absorbe des protons pour former de l'ammonium (NH₄⁺). C'est une base faible, car seul un certain pourcentage des molécules d'ammoniac en solution accepte les protons. Plus la capacité d'acceptation des H⁺ est élevée, plus la base est forte.
L'échelle de pH
L'acidité ou la basicité d'une solution se mesure à l'aide de l'échelle de pH, qui va de 0 à 14. L'acidité la plus élevée est atteinte à pH 0 et les solutions qui sont moins acides ont des valeurs de pH plus élevées. Une solution neutre, par exemple de l'eau pure, a un pH de 7 et des valeurs de pH plus élevées indiquent une basicité, qui atteint son maximum à pH 14. La figure montre quelques exemples de solutions avec leur gamme de pH. L'échelle de pH est basée sur la concentration d'ions H⁺ et est logarithmique. Ainsi, à un pH de 4, la concentration d'ions H⁺ est 10 fois plus élevée qu'à un pH de 5.
Systèmes tampons
Les changements de concentration de protons pouvant avoir un impact biochimique important, les organismes utilisent des tampons pour maintenir le pH constant. Les systèmes tampons se composent généralement d'un acide faible et de sa base correspondante (conjuguée). Le pH du sang humain (7,4) est régulé par le système tampon bicarbonate représenté ici, composé d'acide carbonique et de sa base conjuguée, le bicarbonate. Les protons supplémentaires sont absorbés par un déplacement de l'équilibre de la réaction vers l'acide carbonique et vers la formation de dioxyde de carbone et d'eau, ce qui empêche une modification du pH.
