Acides et bases selon Brönsted

Acide de Brönsted

Une espèce chimique est un acide selon Brönsted si elle est capable de céder un ou plusieurs protons (H⁺).

Base de Brönsted

Une espèce chimique est une base selon Brönsted si elle est capable de capter un ou plusieurs protons (H⁺).

Couple acide/base (ou couple conjugué)

Il est constitué de deux espèces chimiques qui se transforment l'une en l'autre par échange d'un proton H⁺. On le note A/B, où A est l'acide et B est la base conjuguée.

Ampholyte (ou espèce amphotère)

C'est une espèce chimique qui peut à la fois se comporter comme un acide (céder un H⁺) et comme une base (capter un H⁺). L'eau (H₂O) est un exemple courant d'ampholyte.

Qu'est-ce qu'une réaction acide-base?

Une réaction acido-basique, selon la théorie de Brönsted, est un transfert de proton H⁺ entre un acide et une base. L'acide d'un couple (A₁/B₁) cède un proton à la base d'un autre couple (A₂/B₂). Il est important de comprendre que ces réactions sont des équilibres et non des transformations totales dans la plupart des cas.

Lorsqu'un acide cède un proton, il se transforme en sa base conjuguée. De même, lorsqu'une base capte un proton, elle se transforme en son acide conjugué.

Écriture des couples et demi-équations

Chaque couple acide/base est lié par une demi-équation protonique qui décrit l'échange de H⁺.

Pour un acide : Acide ⇌ Base + H⁺
Pour une base : Base + H⁺ ⇌ Acide

On peut aussi écrire une seule forme générale pour un couple A/B :

A \rightleftharpoons B + H^{+}

Demi-équation protonique générale

Exemples de couples acide/base :

Acide chlorhydrique/ion chlorure : HCl/Cl⁻ (HCl ⇌ Cl⁻ + H⁺)
Acide éthanoïque/ion éthanoate : CH₃COOH/CH₃COO⁻ (CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺)
Ion ammonium/ammoniac : NH₄⁺/NH₃ (NH₄⁺ ⇌ NH₃ + H⁺)
Eau/ion hydroxyde : H₂O/OH⁻ (H₂O ⇌ OH⁻ + H⁺) - Ici, l'eau est un acide.
Ion hydronium/eau : H₃O⁺/H₂O (H₃O⁺ ⇌ H₂O + H⁺) - Ici, l'eau est une base.

L'équilibre acido-basique

Une réaction acido-basique met en jeu deux couples acide/base. L'acide du premier couple réagit avec la base du second couple. La réaction est la somme des deux demi-équations protoniques, l'une dans le sens direct (l'acide cède son proton) et l'autre dans le sens indirect (la base capte un proton).

Considérons la réaction entre un acide A₁ du couple A₁/B₁ et une base B₂ du couple A₂/B₂ :

Demi-équation 1 (acide A₁) : A₁ ⇌ B₁ + H⁺
Demi-équation 2 (base B₂) : B₂ + H⁺ ⇌ A₂

En additionnant ces deux demi-équations et en simplifiant le proton H⁺ (qui est transféré), on obtient l'équation de la réaction acido-basique :

A_1 + B_2 \rightleftharpoons B_1 + A_2

Réaction acido-basique générale

Exemple : Réaction entre l'acide éthanoïque (CH₃COOH) et l'ammoniac (NH₃)

Couple 1 : CH₃COOH/CH₃COO⁻ (Acide éthanoïque/Ion éthanoate)
Couple 2 : NH₄⁺/NH₃ (Ion ammonium/Ammoniac)

L'acide est CH₃COOH et la base est NH₃.

CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺
NH₃ + H⁺ ⇌ NH₄⁺

La réaction globale est donc :

CH_3COOH + NH_3 \rightleftharpoons CH_3COO^{-} + NH_4^{+}

Le rôle particulier de l'eau

L'eau (H₂O) est une molécule très importante en chimie des solutions car elle est un ampholyte. Cela signifie qu'elle peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base.

L'eau en tant qu'acide : Elle cède un proton et devient l'ion hydroxyde (OH⁻). Le couple est H₂O/OH⁻. (H₂O ⇌ OH⁻ + H⁺)
L'eau en tant que base : Elle capte un proton et devient l'ion hydronium (H₃O⁺). Le couple est H₃O⁺/H₂O. (H₃O⁺ ⇌ H₂O + H⁺)

Ces deux rôles sont cruciaux pour comprendre le pH des solutions aqueuses, car la concentration en H₃O⁺ et OH⁻ détermine si une solution est acide, basique ou neutre.

A retenir :

Résumé des notions clés

Un acide de Brönsted cède un proton (H⁺).
Une base de Brönsted capte un proton (H⁺).
Un couple acide/base (A/B) est lié par la demi-équation A ⇌ B + H⁺.
Une réaction acido-basique est un transfert de H⁺ entre l'acide d'un couple et la base d'un autre couple (A₁ + B₂ ⇌ B₁ + A₂).
L'eau (H₂O) est un ampholyte, pouvant agir comme acide (couple H₂O/OH⁻) ou comme base (couple H₃O⁺/H₂O).
Le concept de Brönsted permet de comprendre toutes les réactions acido-basiques en solutions aqueuses et au-delà.