chapitre 5 : REACTIONS ACIDO BASIQUE

I- NOTION DE COUPLES ACIDE-BASE :vidéo

1.1. Interprétation d’une réaction acido-basique :

L’expérience montre qu’il se forme un gaz d’odeur désagréable : l’ammoniac NH₃ et de l’eau.

L’équation de la réaction s’écrit :

                        NH₄⁺(aq)  +  OH^- (aq)   NH₃ (aq) +  H₂O(l)

Les ions chlorure et sodium sont des ions spectateurs.

Au cours de cette transformation :

• Les ions NH₄⁺ ont perdu un proton H⁺ pour se transformer en molécules de NH₃ :
• Les ions HO^- ont capté un proton H⁺ pour se transformer en molécules de H₂O :

Une réaction qui met en jeu un transfert de proton H⁺ entre ses réactifs est appelée réaction acido-basique.

1.2. Autre réaction acido-basique :

Solution d’acide chlorhydrique réagissant avec une solution d’ammoniac. Formation de fumées blanches de chlorure d’ammonium :

L’équation s’écrit : NH₃ (g) + H⁺ (aq)    NH₄⁺ (aq)    ou   

NH₃ (g) + H₃O⁺ (aq)    NH₄⁺ (aq) + H₂O (l)

Il y a transfert de proton entre les réactifs donc c’est une réaction acido-basique. 

exemple : ion ammonium, ion hydroxyde

1.3. Acides et Bases au sens de Brönsted :

Un acide, noté AH, est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H⁺.

Une base, notée A^-, est une espèce chimique capable de capter au moins un proton H⁺.

Les réactions acido-basiques sont des réactions de transfert de protons H⁺ entre un acide et une base.

Du point de vue macroscopique, une espèce chimique est un acide si sa dissolution dans l’eau pure, à 25°C, donne une solution de pH inférieur à 7.

Une espèce chimique est une base si sa dissolution dans l’eau pure, à 25°C, donne une solution de pH supérieur à 7.

Espèce chimique acide	Solution acide correspondante	Espèce chimique basique	Solution basique correspondante
Chlorure d’hydrogène HCl (g)	H3O^+ + Cl^- (aq) Acide chlorhydrique	Hydroxyde de sodium NaOH (s)	Na^+ (aq) + HO^- (aq)
Acide nitrique HNO3 (l)	H3O^+ + NO3^- (aq)	Hydroxyde de potassium KOH (s)	K^+ (aq) + HO^- (aq)
Acide sulfurique H2SO4(l)	2H3O^+ + SO4^2- (aq)	Ammoniac NH3 (g)	NH3 (aq)
Dioxyde de carbone CO2  (g)	CO2 ,, H2O	Carbonate de sodium Na2CO3 (s)	2Na^+ (aq) + CO3^2- (aq)

1.4. Couples acide/base :

Au cours de la 1° expérience, nous avons vu que : NH₄⁺   NH₃ + H⁺ . NH₄⁺ joue le rôle de l’acide.

Au cours de la 2° expérience, nous avons vu que : NH₃  + H⁺   NH₄⁺ . NH₃ joue le rôle de la base.

On constante donc que selon les réactions il y a passage de l’ion NH₄⁺ (acide) à la molécule NH₃  (base) ou l’inverse. Ceci se traduit par une seule demi-équation acido-basique :

                                                                       NH₄⁺  =  NH₃ + H⁺

Les ions ammonium et l’ammoniac constituent un couple acide/base, noté NH₄⁺/NH₃

On appelle couple acide/base, noté AH/A^- deux entités chimiques qui se transforment l’une en l’autre par transfert de protons H⁺. On représente ce transfert par la demi-équation acido-basique : acide = base + H⁺ soit AH = A^- + H⁺

AH et A^- sont des espèces dites conjuguées.

Remarque : Cette écriture est une schématisation, elle ne traduit pas la réalité car en solution les protons H⁺sont solvatés. (H₃O⁺)

1.5. Exemples de couples acide/base :

Couples acide/base et demi-équation	Nom de la forme acide	Nom de la forme basique
NH4^+(aq)/NH3 (aq) NH4^+(aq)= NH3 (aq) + H^+	Ion ammonium	Molécule d’ammoniac
CH3CO2H (aq)/CH3CO2^- (aq) CH3CO2H (aq) = CH3CO2^- (aq) + H^+	Molécule d’acide éthanoïque	Ion éthanoate
CO2 ,, H2O/HCO3^- (aq) CO2 ,, H2O = HCO3^- (aq) + H^+	Molécule de dioxyde de carbone solvatée	Ion hydrogénocarbonate
HCO3^- (aq)/CO3^2- (aq) HCO3^- (aq) = CO3^2- (aq) + H^+	Ion hydrogénocarbonate	Ion carbonate

1.6. Les couples de l’eau :vidéo

• L’eau peut se comporter comme une base car elle peut capter un proton : H₃O⁺ = H₂O + H⁺

On définit ainsi le couple H₃O⁺/H₂O

• L’eau peut aussi se comporter comme un acide car elle peut céder un proton : H₂O = HO^- + H⁺

On définit ainsi le couple H₂O/HO^-

L’eau constitue à la fois la forme basique du couple H₃O⁺/H₂O et la forme acide du couple H₂O/OH^-. L’eau se comporte selon le cas comme un acide ou une base : c’est une espèce amphotère appelée encore ampholyte.

• Autre exemple d’espèce amphotère : CO₂,H₂O/HCO₃^- et HCO₃^-/CO₃^2-

1.7. Les indicateurs colorés :

Ce sont des couples acide/base, notés HIn/In^- dont la couleur de la forme acide est différente de celle de la forme basique. Si, dans une solution, HIn est présent en plus grande quantité que In^- , la solution prend la couleur de HIn qui est appelée la teinte de la forme acide et inversement.

Indicateur coloré	Teinte de la forme acide	Teinte de la forme basique
Hélianthine	rouge	Jaune
Bleu de bromothymol ou BBT	jaune	Bleu
phénolphtaléine	incolore	rose

II- REACTION ACIDO/BASIQUE :

Pour retrouver l’équation de la réaction acido-basique qui se produit, on réalise une combinaison des demi-équations acido-basique des deux couples.

2.1. Réaction entre l’ion ammonium et la soude :

Les espèces chimiques présentes dans la solution de chlorure d’ammonium sont NH₄⁺ et Cl^-

Les espèces chimiques présentes dans la solution de soude sont Na⁺ et HO^-.

Les ions Na⁺ et Cl^- sont des ions « spectateurs ». Ils ne réagissent pas.

                                   NH₄⁺          =   NH₃ +  H⁺

HO^- +  H⁺   =   H₂O

                            NH₄⁺  +  HO^-     NH₃   +  H₂O

Acide 1    base 2        base 1    acide 2

Les couples mis en jeu sont NH₄⁺/NH₃   et   HO^-/H₂O

2.2. Généralisation :vidéo

Une réaction acido-basique en milieu aqueux met en jeu deux couples notés HA₁/A₁^- et HA₂/A₂^-.  Elle traduit le transfert d’un proton H⁺ entre l’acide 1 (HA₁) et la base 2 (A₂^-)

HA₁    =   A₁^-  +  H⁺

                                      A₂^-   +  H⁺    =  HA₂

                                   HA₁   +  A₂^-   HA₂  +  A₁^-

III. ACIDES ET BASES DE LA VIE COURANTE 

De nombreux acides et bases font partie de notre environnement :

La levure chimique contient une base, le vinaigre contient de l’acide éthanoïque, les déboucheurs de canalisations sont des solutions d’hydroxyde de sodium concentrées, les détartrants contiennent des acides (chlorhydrique ou phosphorique)…