COURS Acide Base PDF
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BUISSON PTSI
R E A C T I O N S A C I D O – B A S I Q U E
S « Le plus corrosif des acides est le silence »
Andreas Frangias
Nous allons, dans ce chapitre appliquer les concepts d’équilibre chimique à l’étude des réactions
acidobasiques. Les acides et les bases figurent parmi les substances les plus courantes dans la
nature. Les acides aminés sont à la base des protéines (macromolécules qui sont les briques
élémentaires constitutives des organismes vivants). L’acidité des fleuves, des lacs, des océans est
affectée par la dissolution d’acides ou de bases. Les fonctions vitales de notre organisme dépendant
aussi de ce type de composés. Les acides et les bases sont aussi très présents dans l’alimentation,
dans les médicaments, dans l’industrie chimique (engrais…).
dans l’eau :
On constate qu’il y a un échange de protons entre l’eau et l’acide ce qui va nous conduire à la
définition du concept d’acide et de base.
proton H + .
1
On peut résumer ces définitions par la demi-équation acide-base symbolique suivante :
acide ! H + + base
Il s’agit d’une écriture symbolique. Un proton n’existe jamais à l’état libre. Pour qu’un acide libère
un proton, il faut la présence d’une base susceptible de capter le proton libéré et inversement (cf.
figure ci-dessous).
On constate qu’à un acide correspond toujours une base conjuguée et réciproquement. On parle de
couple acide-base.
Le tableau ci-dessous donne des exemples de couples acidobasiques. D’autres exemples sont
données en annexe 1.
D’après le programme vous devez connaître (au moins) les couples acidobasiques suivants :
acide sulfurique, nitrique, chlorhydrique, phosphorique, acétique (éthanoïque), la soude, l’ion
hydrogénocarbonate, l’ammoniac (cf. annexe 2).
2
Lorsqu’un acide dans l’eau se dissocie entièrement dans l’eau, on parle d’un acide fort. Lorsque la
dissociation n’est pas complète on parle d’un acide faible (cf. figure ci dessous).
3
Une base forte dans l’eau va entièrement se dissocier et une base faible va se ioniser de
façon partielle dans l’eau (cf. figure ci-dessous).
(elle se comporte comme une base) ou bien céder un proton pour donner l’ion hydroxyde HO − (elle
se comporte alors comme un acide). Une espèce qui peut se comporter à la fois comme une base et
comme un acide est qualifiée d’ampholyte (ou amphotère).
L’eau jouant un rôle central en tant que solvant, on retiendra.
4
On constate que le proton cédé par l’acide 2, l’eau, est capté par la base 1, l’ammoniaque. Il y a
alors formation de l’acide 1, l’ion ammonium et de la base 2, l’ion hydroxyde. Une réaction acide-
base met toujours en jeu deux couples acide-base. Il y a transfert de proton d’un acide d’un
couple vers la base de l’autre couple.
Un des couples en jeu est souvent un couple de l’eau étant donné qu’il s’agit du solvant mais ce
n’est pas toujours le cas.
Exemple 1
(
HCO2H / HCO2− acide méthanoique/ion méthanoate )
(
HNO2 / NO2− acide nitreux/ion nitrite )
On peut écrire l’équation de réaction bilan comme la somme de deux demi-équations
symboliques:
On constate qu’il n’y a plus de proton à l’état libre dans l’équation de réaction bilan.
⎡HA ⎤
⎣ ⎦
Les concentrations sont calculées à l’équilibre. Dans l’écriture de K A , nous n’avons pas fait
apparaître C0 = 1 mol.L-1 .
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Il faut donc faire attention aux unités utilisées. K A ne dépend que de la température comme toute
constante d’équilibre thermodynamique. Cet équilibre met en jeu les couples HA / A − et H3O + / H2O .
Les valeurs numériques des constantes d’acidité varient de plusieurs ordres de grandeur, il est donc
− pK A
pK A = − log K A ⇔ K A = 10 (par définition)
On peut définir d’une façon similaire la constante de basicité, notée K B , du couple HA / A − comme
On utilise plus souvent la constante d’acidité K A car nous allons voir que K A et K B sont liées. K B ne
H2O est l’acide du couple H2O / HO − , on peut donc lui définir une constante d’acidité, notée Ke et
l’interaction entre le couple H3O + / H2O et le couple H2O / HO − . On constate donc qu’une « eau
liquide pure » ne l’est jamais, il y a toujours une quantité faible d’ions H3O + et d’ions HO − (aq ) dans
( )
Ke 25°C = 10−14
( )
Ke 25°C 1 , ainsi la réaction d’autoprotolyse de l’eau est très faiblement déplacée vers la droite.
On peut aussi définir une constante d’acidité pour le couple H3O + / H2O de l’eau :
6
⎡H O + ⎤
KA = ⎣ ⎦= 1
+ + 3
H3O (aq ) + H 2O(ℓ) & H 2O(ℓ) + H3O (aq )
!#"# $ !"$ !"$ ! #"# $ ⎡H O + ⎤
acide 1 base 2 base 1 acide 2 ⎣ 3 ⎦
On retiendra les résultats importants suivants pour les deux couples de l’eau :
C’est la quantité d’ions H3O + présents dans une solution aqueuse qui définit le caractère acide
d’une solution. Plus la concentration en ions H3O + est importante, plus la solution est dite acide.
L’échelle pH introduite par la chimiste Danois Søren Peder Lauritz Sørensen en 1909 est une façon
Définition
pH ≡ − log ⎡⎣H 3O + ⎤⎦
On a donc ⎡⎣H3O + ⎤⎦ = 10− pH . Plus le pH est petit et plus ⎡⎣H3O + ⎤⎦ est importante ; le caractère acide de
la solution augmente. Inversement, plus le pH est grand et plus ⎡⎣H3O + ⎤⎦ est faible ; le caractère
( )
Pour de l’eau pure à 25°C, on a pH = − log 10−7 = 7,00 . On dira alors que :
Le caractère acide et le caractère basique d’une solution sont opposés. Plus une solution est acide et
moins elle est basique et inversement.
De la même façon que l’on a défini l’échelle de pH , on peut définir une échelle de pOH qui mesure
Définition
pOH ≡ − log ⎡⎣HO − ⎤⎦
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Cette échelle est beaucoup moins utilisée que celle du pH . En effet il existe une relation simple
entre pH et pOH. A 25°C, on a Ke = ⎡⎣H3O + ⎤⎦ ⎡⎣HO − ⎤⎦ = 10−14 , si on passe en échelle log, on obtient :
Si la température est différente de 25°C, on a pH + pOH = pKe = constante , cette dernière étant
fonction de la température.
La relation Ke = ⎡⎣H3O + ⎤⎦ ⎡⎣HO − ⎤⎦ = 10−14 nous indique que lorsque ⎡⎣H3O + ⎤⎦ augmente, le pH diminue
alors ⎡⎣HO − ⎤⎦ diminue et pOH augmente (et inversement). On peut résumer de la façon suivante :
2-4 Force des acides et des bases, classement des couples acide-base
• Un acide sera qualifié de fort s’il est capable de céder facilement un proton, l’ionisation sera
importante. Ainsi l’équilibre HA(aq ) + H 2O(ℓ) " A − (aq ) + H3O + (aq ) sera fortement déplacé vers la droite.
Dans le cas contraire, si l’ionisation est faible, c’est-à dire pK A grand, l’acide sera qualifié de faible.
Il est commode de qualifier les acides de forts ou faibles mais il faut savoir que la force d’un acide
augmente (ou diminue) de façon continue.
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• Une base sera qualifiée de forte si elle capte facilement un proton. Ainsi l’équilibre
A − (aq ) + H 2O(ℓ) " HA(aq ) + HO − (aq ) sera fortement déplacé vers la droite. Ainsi plus K B sera grand, pK B
petit, et plus la base sera forte. Dans le cas contraire, c’est-à-dire pK B grand, la base sera qualifiée
de faible.
Pour un couple acide-base, plus l’acide est fort et plus la base conjugué est faible et inversement.
On peut résumer tout cela sur le schéma ci-dessous.
Dans l’eau le pK A le plus faible correspond à celui du couple H3O + / H2O qui vaut zéro. Le pK A le
plus élevé est celui du couple H2O / HO − qui vaut 14. Dans l’eau, on a toujours 0 < pK A < 14 .
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Dans l’eau, l’acide fort HCl s’ionise complètement, la réaction HCl(aq ) + H2O() → Cl − (aq ) + H3O + (aq ) est
totale. Sa base conjuguée, Cl − , est tellement faible que, seule dans l’eau, elle reste indifférente, il
n’y pas de réaction. L’ion éthanoate C 2H5O − est une base très forte ; dans l’eau la réaction
C 2H5O − (aq ) + H2O() → C 2H5OH(aq ) + HO − (aq ) est totale. Son acide conjugué, l’éthanol C 2H5OH , est
tellement faible qu’il est indifférent dans l’eau, il n’y pas de réaction.
pK A + pK B = pKe ou K A K B = Ke
⎡H O + ⎤ ⎡ A − ⎤ ⎡base ⎤ ⎡H O + ⎤
On a K A = ⎣
3 ⎦⎣ ⎦ = ⎣ ⎦⎣ 3 ⎦
soit prenant − log de chaque côté :
⎡HA ⎤ ⎡acide ⎤
⎣ ⎦ ⎣ ⎦
⎡base ⎤
pH = pK A + log ⎣ ⎦
⎡acide ⎤
⎣ ⎦
Cette relation, connue sous le nom de relation de Henderson-Hasselbalch (surtout dans les pays
anglo-saxons), va nous permettre de trouver les domaines de prédominance de l’acide et de la base
conjuguée en fonction du pH .
si pH = pK A ⇒ ⎡⎣acide ⎤⎦ = ⎡base ⎤
⎣ ⎦
si pH > pK A ⇒ ⎡⎣acide ⎤⎦ < ⎡base ⎤ la base est prédominante
⎣ ⎦
si pH < pK A ⇒ ⎡⎣acide ⎤⎦ > ⎡⎣base ⎤⎦ l'acide est prédominant
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Exemple 2
On considère le diacide suivant :
On mélange une solution d’ammoniaque (couple NH 4+ / NH3 pK A1 = 9,2 ) avec une solution d’acide
nitreux (couple HNO2 / NO2− pK A2 = 3,2 ). L’acide d’un couple va réagir avec la base de l’autre
Notre objectif est de déterminer dans quelle direction la réaction va avoir lieu. Pour cela, on écrit la
constante d’équilibre de l’équation de réaction ci-dessus :
⎡NH ⎤ ⎡HNO2 ⎤ K
K = ⎣ 3+⎦ ⎣ ⎦ = A1
⎡NH ⎤ ⎡NO − ⎤ K A2
⎣ 4 ⎦⎣ 2 ⎦
On constate que l’acide le plus fort, ici HNO2 , réagit avec la base la plus forte, ici NH3 . On peut
On constate que les espèces qui réagissent entre elles sont celles qui possèdent un domaine de
prédominance disjoint, c’est-à-dire HNO2 et NH3 , pour former des espèces qui ont un domaine
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Le résultat obtenu est très général, si on mélange deux espèces qui ont un domaine disjoint, elles
vont réagir. Si elles possèdent déjà un domaine joint, rien ne se passe.
Nous allons travailler sur un exemple en suivant une démarche assez générale dans ce genre de
( )
concentration 0,020 mol.L-1 sachant que K A C 6H5COOH = 6,3 × 10−5 (on travaille à 25°C).
Etape 1 : Ecrire toutes les réactions acidobasiques qui produisent des ions H3O + (ou HO − )
Ici il y a deux réactions possibles à cause de l’autoprotolyse de l’eau qui est toujours présente.
(2) C 6H5COOH (aq ) + H 2O(ℓ) " C 6H5COO − (aq ) + H3O + (aq ) K A = 6,3 × 10−5
()
La réaction 2 est beaucoup plus avancée vers la droite que la réaction 1 car K A Ke . On peut ()
()
donc penser que la réaction 2 va produire beaucoup plus d’ions H3O + que la réaction 1 , on va ()
()
négliger l’autoprotolyse de l’eau. On dit que la réaction 2 est la réaction prépondérante.
Si seule cette dernière est présente alors ⎡⎣H3O + ⎤⎦ = 10−7 soit pH = 7 . Si l’on néglige l’autoprotolyse de
l’eau et que l’on trouve à la fin un pH proche de 7, cela signifie que la réaction prépondérante prise
en compte produit des ions H3O + (où HO − ) en même quantité que l’autoprotolyse de l’eau. Cette
est valable.
(
Concentration mol.L-1 ) C 6H5COOH (aq ) + H 2O(ℓ) " C 6H5COO − (aq ) + H3O + (aq )
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Etape 4 : Calcul du pH
⎡C H COO − ⎤ ⎡H O + ⎤ x2
KA = ⎣ ⎦⎣ 3 ⎦ =
6 5
= 6,3 × 10−5
⎡C 6H5COOH ⎤ 0,020 − x
⎣ ⎦
peut simplifier le calcul en notant que 0,020 − x 0,020 . En effet K A 1 , le réaction est peu
déplacé vers la droite et x 1 . Ainsi on a directement x = 0,020 × 6,3 × 10−5 = 1,12 × 10−3 donc
( )
pH = − log 1,12 × 10−3 = 2,95 .
Exercice d’application 1
−1 −1
Trouver le pH d’un mélange de 0,15 mol.L de HF aq et de 0,10 mol.L de HClO aq .
( ) ( )
13
Exercice d’application 2
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ANNEXE 1
Exemples d’acides et de bases :
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ANNEXE 2
Quelques constantes d’acidité et de basicité:
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ANNEXE 3 : Régulation du pH du sang dans le corps humain
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