Comme l'ensemble du site, ce texte est soumis à la réglementation sur le droit d'auteur. Contactez M. Rava-Reny.1ère version : © F.C. Rava-Reny, 31/01/2001


RÉACTIONS ACIDO-BASIQUES

 

Objectifs de connaissance

1. Définir un acide et une base au sens de Brønsted .
2. Connaître quelques couples acide/base et y reconnaître l'acide et la base :
        - H3O+(aq)/H2O(l) ;
        - H2O(l)/HO-(aq);
        - NH4+(aq)/NH3(aq);
        - CH3CO2H(aq)/CH3CO2-(aq).
3. Savoir écrire l'équation d'une réaction acido-basique ; et donc : savoir écrire les demi-équations à partir des couples, équilibrer, combiner deux demi-équations entre elles pour aboutir à l'écriture d'une réaction.

Les noms et formule associées de : ion oxonium, ion hydroxyde, ammoniaque, ammoniac, ion ammonium, acide éthanoïque, ion éthanoate doivent être sus.
Le concept de pH vu en 3ème est supposé acquis, comme le terme proton pour désigner H+.
La famille des alcalins, colonne 1 de la classification périodique, est vue en 2nde.

 

Introduction

Les mots acide et acétique (l'adjectif pour vinaigre) viennent d'une racine indo-européenne, *ak-, signifiant piquant.

L'Antiquité gréco-romaine n'aurait connu qu'un seul acide, le vinaigre (latin : acetum).
Le vinaigre est une solution d'acide éthanoïque, de formule brute C2H4O2, aussi appelé acide acétique.
La formule semi-développée de l'acide éthanoïque est :

où on reconnaît la fonction acide carboxylique : -COOH.

Au fil du temps, on synthétisa d'autres corps à la saveur piquante, contenant de l'hydrogène et attaquant les métaux.

Ainsi, on fabriqua de l'eau forte, ou acide nitrique : H3O+(aq) + NO3-(aq), utilisé par exemple pour faire des gravures "en faisant mordre par l'acide nitrique une plaque de cuivre ou de zinc recouverte d'un vernis protecteur, sur lequel on a dessiné à l'aide d'une pointe qui a mis le métal à nu". (cf. les eaux-fortes d'Albert Dürer).  L'acide nitrique est utilisé pour faire des engrais, et sert à la préparation du nylon.

On fabriqua encore de l'huile de vitriol, ou acide sulfurique : 2 H3O+(aq)+SO42-(aq).
L'acide sulfurique est tellement utilisé dans l'industrie que sa consommation sert en économie d'indicateur de développement industriel : plus un pays est développé industriellement (="riche") et plus sa production d'acide sulfurique est élevé, moins un pays consomme d'acide sulfurique, et moins il est développé industriellement (="pauvre").

Il faut citer bien sûr l'acide chlorhydrique, de formule H3O+(aq) + Cl-(aq) et que le corps humain fabrique dans l'estomac pour les besoins de la digestion dans l'ordre de 1 L par jour.

Puisque nous avons cité les acides les plus connus, citons également la vitamine C, qui est aussi un acide : l'acide ascorbique, ainsi que l'aspirine, ou acide acétylsalicylique, sans oublier l'ADN, ou Acide DésoxyriboNucléique, présent dans chaque cellule de notre corps (pouvons-nous dire de ce fait que notre corps est plus acide que basique ?...).


Comme nous venons de l'évoquer, au fur et à mesure du temps, on a découvert de plus en plus d'acides.
En conséquence, on a rechercher un MODÈLE, et donc à COMPARER ces différents acides.

Le point commun à tous ces acides est qu'ils contiennent tous un atome d'hydrogène qui peut partir sous la forme d'un proton H+.

En l'absence de ce proton, on obtient une "substance fondamentale", quelque chose qui sert de base à l'acide et que l'on appela donc une base (le premier à le faire est Guillaume Rouelle en 1754).

Les bases les plus connues sont la soude, la potasse et l'ammoniac.

La soude, ou hydroxyde de sodium, a pour formule NaOH.
La soude se dit en arabe al qâly, qui a donné le terme alcalin qui est un synonyme de basique ou un antonyme (le contraire) de acide. Une solution alcaline est ainsi le contraire d'une solution acide, de pH donc supérieur à 7. On dira que c'est une solution basique.

La potasse, ou potasse caustique, a pour formule KOH : son nom vient à l'origine de l'allemand Pottasche, la cendre du pot, (cf. l'anglais ash, cendre), car on la retrouve dans les cendres, et sert à la fabrication des savons noirs (selon la réaction : huile + base = savon + ...).

L'ammoniac de formule NH3 se nommait vers la fin du Moyen Âge "alcali volatil", car c'est bien d'un gaz dont il s'agit, ici en solution aqueuse. L'ammoniac sert essentiellement à la fabrication d'engrais azotés, d'explosifs et d'acide nitrique.

 

I. Définitions

Plusieurs modèles d'acides et de bases ont été avancés.

Nous utiliserons celui de Brønsted.

Un acide est une substance qui peut céder un proton.
Une base est une substance qui peut capter un proton.

Autres formulations courantes :
Un acide est une molécule ou un ion susceptible de céder un ion H+ au cours d'une réaction chimique.
Une base est une molécule ou un ion susceptible de capter un ion H+ au cours d'une réaction chimique.

(en solution, certaines substances ont déjà un proton qu'elles peuvent céder et peuvent également en capter un: elles sont donc et acide et base: on nomme ces substances des ampholytes ; définition d'ampholyte : en solution, molécule ou ion qui peut jouer le rôle d'acide ou celui de base - au sens de Brønsted ; du grec amfo, ampho, des deux côtés, autour, et lutos, lutos, qui peut être libéré ou dissous)
 

II. Mélange acide + base

En mélangeant une solution acide avec une solution basique, on dégage certaines constances (évolution du pH, mesures conductimétriques,...).

On a modélise l'évolution des systèmes (acide + base) par la réaction acido-basique.

Toute réaction avec transfert de proton est une réaction acido-basique, et inversement (toute réaction acido-basique est une réaction avec transfert de proton).
 

III. Couples acide/base

Une fois qu'un acide a cédé son proton H+, il devient une base qui peut, dans certaines conditions, capter un proton. Ces deux entités chimiques (l'acide et la base) se transforment donc l'un en l'autre par transfert de proton.

On crée donc la notion de couple acide/base et de demi-équation :

forme acide du couple = forme basique du couple + H+

La forme acide et la forme basique allant ensemble, comme si elle était sous le même joug, on dit qu'elle sont conjuguées (comparez avec la conjugaison : en mettant je et manger ensemble au présent, cela fait je mange). (vous pouvez prendre l'image de deux bœufs sous le même joug pour tirer un attelage)

On parlera donc d'acide conjugué (à une base), ou de base conjuguée (à un acide).

Exemple :
Pour le couple NH4+/NH3,
    la demi-équation est NH4+ = NH3 + H+
et on dira que
    l'acide NH4+ est l'acide conjugué de la base NH3,
que
    la base NH3 est la base conjuguée de l'acide NH4+.

D'une façon générale on peut écrire :
   
    couple A/A- :           A     =   A- +  H+  ; A est la forme acide du couple, B la forme basique
    couple BH+ / B :    BH+   =   B  +  H+
 

IV. Réaction acido-basique

Lors d'une réaction acido-basique, l'acide, que nous appellerons acide 1, donne des protons, et ces protons sont captés par une base, que nous appellerons base 2.

L'acide 1 ayant donné ses protons, il s'est transformé en sa base conjuguée, base 1 :

        acide 1 = base 1 + H+.

La base 2 ayant capté les protons cédés par l'acide 1, elle s'est transformée en son acide conjugué, acide 2 :

        base 2 + H+ = acide 2.

L'équation bilan de la réaction s'écrit donc :

        acide 1 + base 2 à base 1 + acide 2

 

V. Variation du pH

 Le pH mesure la concentration des ions H+ en solution, soit le nombre de protons.

        pH = -log[H+]

(pour vous, log est une fonction sur la machine à calculer, qui relie un nombre avec une puissance de 10, e.g.  log (10-3)=-3, log (1023) = 23 )

Ainsi :

pH = 1 veut dire que [H+] = 10-1 mol.L-1

pH = 7 veut dire que [H+] = 10-7 mol.L-1

pH = 8 veut dire que [H+] = 10-8 mol.L-1

 

 pH < 7 : solution acide.

pH = 7 : solution neutre.

pH > 7 : solution basique.

 Plus on dilue une solution, plus le pH tend vers 7.

 

Lors d'une réaction acido-basique, le pH varie.

Et si le pH varie lors d'une réaction, c'est une réaction acido-basique.

 

VI. Un ampholyte courant : l'eau

L'eau, H2O, est acide car elle peut céder un proton :

H2O = H+ + OH-

couple : H2O/HO-    

et elle est base car elle peut capter un proton :

     H2O + H+ = H3O+

couple : H3O+/H2O

Rappel ou annonce :
    dans l'eau, le produit des concentrations des ions oxonium et des ions hydroxyde est, à 25°C, toujours égal à 10-14 :
                                                     [H3O+].[HO-] = 10-14  u.S.I.
                                                                  

 

VII. Couples à connaître par cœur

H3O+(aq)/H2O(l)  : ion oxonium / eau

H2O(l)/HO-(aq) : eau / ion hydroxyde

NH4+(aq)/NH3(aq) : ion ammonium / ammoniac

CH3CO2H(aq)/CH3CO2-(aq). : acide éthanoïque / ion éthanoate.