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Les espèces chimiques acides et basiques

Par Yann le 22/02/2018 Ressources > Physique-Chimie > Terminale S > Acides et bases > Acides et Bases

Définition d’un acide et d’une base

Théorie de Bronsted

Joannes Bronsted est un chimiste suédois qui a décrit les échanges entre les acides et les bases comme des transferts de protons H+ entre les différentes espèces en présence dans le milieu réactionnel.

Définition d’un acide

La définition d’un acide selon la théorie de Bronsted est la suivante :

Un acide est une espèce chimique qui, lorsqu’elle se trouve en solution aqueuse, peut céder un ou plusieurs protons (ion hydrogène H+).

Il est possible de décrire la perte d’un proton par un acide à l’aide d’une demi équation de réaction.

Si l’on note AH la formule de l’acide et A la formule de l’espèce qui a perdu un proton H+, alors la demi équation de réaction s’écrit de la façon suivante :

 AHDouble flêche de l'équilibre chimiqueA + H+

Remarque : la double flèche indique que la réaction peut se faire dans les deux sens.

Définition d’une base

La définition d’une base selon la théorie de Bronsted est la suivante :

Par opposition à un acide, une base est une espèce chimique qui peut, lorsqu’elle se trouve en solution aqueuse, capter un ou plusieurs proton.

Si l’on note B–  la base en question, et BH l’espèce qui se forme après avoir capté le proton H+, alors cette réaction peut aussi être décrite par une demi équation se présentant sous la forme :

 B + H+Double flêche de l'équilibre chimique BH

Quel est le pH du savon ? Bien que les savons à pH neutres soient de plus en plus communs, le savon est plutôt une basique (tout comme la lessive, les produits pour déboucher les canalisations etc.)

Les couples acide-base

Comment définir les couples acide base ?

Lorsque qu’un acide AH perd un proton H+ et forme l’espèce chimique A , cette dernière est susceptible de capter à son tour un proton H+ afin de donner à nouveau l’acide AH. Cela signifie que l’espèce chimique A est une base.

De même, lorsqu’une base B capte un proton et forme l’espèce chimique BH, cette dernière est susceptible de perdre ce proton H+ et de donner à nouveau la base B. Cela signifie que l’espèce chimique BH est un acide.

On dit alors que AH et A forment le couple acide-base AH/A et que Bet BH forment le couple acide base BH/B.

Un couple acide-base est constitué d’un acide et d’une base dits conjugués, qui s’obtiennent l’un à partir de l’autre par échange (gain ou perte) d’un proton H+.

Prenons un exemple concret : l’acide éthanoïque (CH3COOH) et l’ion éthanoate (CH3COO) sont un acide et une base conjugués qui forment le couple acide-base (CH3COOH/CH3COO).

La demi-équation de réaction associée à ce couple acide-base est alors la suivante :

CH3COOHDouble flêche de l'équilibre chimiqueCH3COO + H+

Quelle est la base conjuguée de cet acide ? Modélisation de la molécule d’acide éthanoïque

Quelques exemples de couples acide base

Ci-dessous, citons quelques exemples de couples acide-base bien connus :

  • Le couple (H2O / OH) et le couple (H3O+/ H2O) sont les deux couples acide-base mettant en jeu la molécule d’eau.

Rappel : l’eau est un ampholyte, elle se comporte à la fois comme un acide et comme une base. On parle également d’espèce amphotère.

Quelles sont les demi-équations de réaction associées à l'eau ? L’eau est à la fois un acide selon Bronsted, et une base selon Bronsted : c’est un ampholyte.

  • Le couple formé par l’acide chlorhydrique et sa base conjuguée l’ion chlorure (HCl/ Cl) où l’acide chlorhydrique est un acide fort
  • Le couple formé par l’ion ammonium et sa base conjuguée l’ammoniac (NH4+/ NH3)

Les réactions acide-base

Ecriture d’une réaction entre un acide et une base

Lorsqu’un acide perd un proton H+, celui-ci doit toujours être capté par une base. A l’inverse, lorsqu’une base reçoit un proton H+, il provient forcément d’un acide.

Ainsi, toujours suivant la théorie de Bronsted, une réaction acide-base se réalise toujours entre l’acide d’un couple acide-base et la base d’un autre couple acide-base. Les deux espèces en présence se transforment alors respectivement en leur base conjuguée et leur acide conjugué.

Reprenons l’exemple des deux couples acide-base précédents : AH/A et BH/Bet faisons réagir l’acide du premier couple acide-base avec la base du second couple acide-base.

L’équation de la réaction s’obtient en associant les deux demi-équations de réaction de l’acide AH et de la base B.

Les deux demi-équations de réaction associées sont les suivantes :

AH  Double flêche de l'équilibre chimique  A + H+

B + H+  Double flêche de l'équilibre chimique  BH

Cela conduit par conséquent à l’équation de réaction suivante :

 AH + BDouble flêche de l'équilibre chimique A +BH

Le proton de l’acide AH a été libéré et capté par la base Bpour former l’acide BH tandis que l’acide AH s’est transformé en espèce basique A.

Remarques :

  • à noter à nouveau la présence de la double flèche, qui indique que cette réaction de transformation chimique peut s’effectuer dans les deux sens.
  • lorsqu’un acide fort ou une base forte sont en présence dans le milieu réactionnel, seule une flèche orientée vers la droite est présente entre les réactifs et les produits. Elle indique alors que la réaction est totale.

Méthode à suivre pour l’écriture d’une réaction acide-base

Récapitulons à présent la méthode à suivre pour l’écriture d’une réaction acide base :

  • Etape 1 : identifier les deux couples acide base qui vont réagir
  • Etape 2 : écrire la demi-équation de réaction associée à chaque couple acide base identifié
  • Etape 3 : combiner les deux demi-équations de réaction pour écrire l’équation bilan de la réaction acide-base

Exemple d’application de la méthode d’écriture d’une réaction acide-base

Prenons un exemple concret pour appliquer la méthode décrite plus haut : réaction de l’acide éthanoïque (CH3COOH) sur des ions hydroxyde (OH).

Remarque : dans le cas présent, on comprend assez facilement que l’acide éthanoïque sera l’acide de la réaction acide base, et va réagir sur la base (OH).

  • Etape 1 :

L’acide éthanoïque (CH3COOH) forme avec sa base conjuguée l’ion éthanoate (CH3COO) le couple acide base suivant : (CH3COOH/CH3COO).

L’ion hydroxyde (OH) quant à lui, est la base du couple (H2O/OH).

  • Etape 2 :

Les demi-équations de réaction associées à chaque couple acide base identifié sont les suivantes :

CH3COOHDouble flêche de l'équilibre chimique  CH3COO + H+
OH + H+Double flêche de l'équilibre chimique  H2O
  • Etape 3 :

En combinant ces deux demi-équations de réaction, on aboutit alors à l’équation bilan suivante :

 CH3COOH + OHDouble flêche de l'équilibre chimique CH3COO + H2O

L’acide éthanoïque (CH3COOH) a donc perdu un proton pour former l’ion éthanoate (CH3COO), proton qui a été capté par l’ion hydroxyde (OH) pour former de l’eau (H2O).

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