Réaction acide-base

Acide de Brønsted

Une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs protons H⁺.

Base de Brønsted

Une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs protons H⁺.

Couple acide-base (AH/A⁻)

Deux espèces chimiques, un acide (AH) et une base (A⁻), qui se transforment l'une en l'autre par échange d'un proton H⁺. AH = A⁻ + H⁺.

Réaction acide-base

Une réaction chimique au cours de laquelle un transfert de proton H⁺ a lieu entre l'acide d'un couple et la base d'un autre couple.

Qu'est-ce qu'une réaction acide-base ?

Une réaction acide-base, aussi appelée réaction protolytique, est un processus fondamental en chimie qui implique le transfert d'un ou plusieurs protons (ions H⁺) entre deux espèces chimiques. Pour bien comprendre, il faut d'abord identifier ce qu'est un acide et une base selon la théorie de Brønsted, la plus couramment utilisée au lycée. Un acide est une espèce capable de donner un proton H⁺, tandis qu'une base est une espèce capable d'en accepter un. Ces espèces existent souvent par paires, formant ce qu'on appelle un couple acide-base conjugué.

Les couples acide-base conjugués

Chaque acide est lié à une base par l'échange d'un proton H⁺, et vice-versa. On parle alors de couple acide-base conjugué, noté AH/A⁻. L'acide AH, en perdant un proton H⁺, donne sa base conjuguée A⁻. Inversement, la base A⁻, en captant un proton H⁺, donne son acide conjugué AH. Voici l'équation générale pour un couple acide-base :
AH(aq) ⇌ A⁻(aq) + H⁺(aq)
Le symbole ⇌ indique qu'il s'agit souvent d'un équilibre chimique. L'eau (H₂O) est un exemple très important car elle peut agir à la fois comme un acide et comme une base. On dit qu'elle est amphotère ou ampholyte. Ses deux couples sont H₃O⁺/H₂O (où H₂O est une base) et H₂O/OH⁻ (où H₂O est un acide).

Écrire l'équation d'une réaction acide-base

Une réaction acide-base se produit lorsque l'acide d'un couple réagit avec la base d'un autre couple. L'acide donne son proton H⁺ à la base. Pour écrire l'équation bilan, il faut suivre ces étapes :

Identifier les réactifs : Un acide et une base.
Identifier les couples acide-base : Pour l'acide, c'est AH/A⁻. Pour la base, c'est BH⁺/B.
Écrire les demi-équations pour chaque couple :
- Pour l'acide du couple AH/A⁻ : AH ⇌ A⁻ + H⁺
- Pour la base du couple BH⁺/B : B + H⁺ ⇌ BH⁺
Combiner les demi-équations : On additionne les deux demi-équations de manière à ce que les protons H⁺ s'annulent. L'acide réagit avec la base, donc l'acide donne un H⁺ et la base le capte.

\text{AH} + \text{B} \longrightarrow \text{A}^- + \text{BH}^+

Équation générale d'une réaction acide-base

Par exemple, la réaction entre l'acide éthanoïque (CH₃COOH) et l'ion hydroxyde (OH⁻) :

Couple 1 : CH₃COOH/CH₃COO⁻ (acide éthanoïque / ion éthanoate)
Couple 2 : H₂O/OH⁻ (eau / ion hydroxyde)

L'acide CH₃COOH réagit avec la base OH⁻ :
CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(ℓ)

Le pH, indicateur d'acidité

Le pH est une mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution. Il est lié à la concentration en ions oxonium H₃O⁺ (qui est le proton H⁺ hydraté) dans la solution. Plus la concentration en H₃O⁺ est élevée, plus la solution est acide et plus le pH est bas. La relation est la suivante :

\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+]

Définition du pH

Et inversement :

[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}

Concentration en H₃O⁺ à partir du pH

En pratique :

pH < 7 : Solution acide (forte concentration en H₃O⁺)
pH = 7 : Solution neutre (en général, à 25°C)
pH > 7 : Solution basique (faible concentration en H₃O⁺, mais forte en OH⁻)

Réactions complètes et équilibres

Certaines réactions acide-base sont totales (ou complètes), c'est-à-dire que tous les réactifs limitants sont consommés. C'est souvent le cas des réactions entre un acide fort et une base forte. D'autres réactions sont des équilibres chimiques, représentés par une double flèche (⇌), où réactifs et produits coexistent une fois l'équilibre atteint. La position de cet équilibre dépend des forces relatives des acides et des bases impliqués. Plus un acide est fort, plus il cède facilement son proton. Plus une base est forte, plus elle capte facilement un proton.

A retenir :

Résumé des notions clés :

Un acide de Brønsted cède un proton H⁺, une base le capte.
Un couple acide-base conjugué AH/A⁻ est lié par l'échange d'un H⁺.
Une réaction acide-base est un transfert de H⁺ entre l'acide d'un couple et la base d'un autre.
L'eau (H₂O) est amphotère : elle peut être acide ou base.
Le pH mesure l'acidité : pH = -log[H₃O⁺]. Plus le pH est bas, plus la solution est acide.
Les réactions peuvent être totales ou aboutir à un équilibre chimique.