Réaction acido-basique : réaction chimique par échange de protons








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date de publication27.01.2017
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Chapitre 13

Réaction acido-basique : réaction chimique par échange de protons
Quelle est l’utilité d’une réaction acido-basique ?


  1. Notion de pH


Le Ph d’une solution est toujours en rapport avec la concentration en ion H3O+ de la solution.

Par définition : Ph = -log (H3O+)

Avec {H3O+} < 0,05 mol par litre.

Le pH n’a jamais d’unité.

D’ou {H3O+} = 10-Ph

Lorsque le pH augment, alors {H3O+} diminue et lorsque pH diminue {H3O+} augmente.

On mesure le pH avec un pH-mètre qu’on doit étalonner avant la mesure avec des solution étalons, c’est à dire des solution dont ont connaît le pH. Enfin, {H3O+} obtenue à partir de la mesure du pH est toujours donné maximum avec deux chiffres significatif.


  1. Notion d’équilibre chimique


Voir les exemples pages 329 – 330

En chimie en état d’équilibre est atteint lorsque a l’état final les réactifs et les produits sont présent en même temps. On écrit ce type de réaction avec une double flèche qui explique que les deux réactions inverses l’une de l'autre peuvent exister en même temps.

Exemple : réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau 

CH3COOH(aq)+H2O CH3COO-+H3O+(aq)

On peu modifier toujours un état d’équilibre en rajoutant un peut de réactif ou de produit : mais dans ce cas la réaction va évoluer dans le sens de l’espèce ajouté.


  1. Notion d’acide et de base

  1. Acide


Un acide est une espèce chimique capable / susceptible de céder au moins un proton H+, comme l’acide éthanoïque.


  1. Base


Une base est une espèce chimique capable de capter ou de gagner au moins un proton H+

Généralité : acide = base + H+


  1. Notion de couple acide base


Un couple acide base (acido-basique) est toujours définie par une demie équation acido-basique et il est note :

HA A-+H+

On dit que l’acide HA et la base A- sont conjugués l’un de l'autre.

Il existe aussi des couples :

BH+/B BH+ B+H+

Il y a des espèces comme l’eau qui peuvent être a la fois l’acide d’un couple et la base d’un autre : on dit que cette espèces est un ampholyte.


  1. Réaction acido-basique et transfère de protons


Une réaction acido-basique met toujours en jeu deux couples acido-basique : c’est l'acide d’un couple qui réagit sur la base de l’autre couple, ou inversement pour donner l’autre acide et l’autre base.

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On doit d’abord écrire chaque demie équation acido-basique de chaque couple en faisant apparaître le proton H+ de chaque couple, l’un a droite et l’autre a gauche. Enfin on fait le bilan de ces deux demies équation.

Exemple : réaction de l’acide éthanoïque et de l’eau

Photo


  1. Notion d’acide faible et de base faible


Un acide HA est appelé faible si sa réaction avec l’eau n’est pas totale. La plupart des acides carboxyliques sont des acides faibles.

Photo

De la même manière une base est appelée faible si sa réaction avec l’eau n’est pas totale.

Photo

Remarque : les acides alpha aminés existent essentiellement sous la forme d’ion que l’on appelle Amphion ou zwiterion (voir livre page 332).


  1. Notion de KA et pKA

  1. Equation de l’autoprotolyse de l’eau produit ionique de l’eau Ke


La réaction de l’eau sur elle même (qui est possible car l’eau peut être un acide et une base) et appelé autoprotolyse de l’eau. C’est une réaction qui conduit a un équilibre chimique car elle est très limité. Son équation est donne par : Photo.

Cette équation est caractérisée par la constante Ke. Par définition Ke = photo

La valeur de Ke ne dépend que de la température et n’a pas d’unité. On admet qu’a 25°C, Ke = 1,0 x 10-14.


  1. Comment déterminer à partir du pKe et du pH si une solution est neutre, acide ou basique


Photo 263


  1. Définition de la constante d’acidité KA d’un couple et de son pKA


Soit le couple HA(aq) / A-(aq) dont l’acide réagit avec l’eau qui intervient dans le couple H3O+ / H2O. La réaction acido-basique s’écrit alors : Photo 264

On appel la constante d’acidité KA du couple HA / A- la valeur numérique du quotient.

Photo 265.

Par définition p KA = -log KA, d’ou KA = 10-pKa.


  1. Notion d’acide forte et de base forte


Lorsque la solution d’un soluté est la même : un acide sera d’autant plus fort qu’il cèdera facilement son proton et donc que le pKA du couple auquel il appartient est petit.

Une base sera d’autant plus forte qu’elle captera facilement un proton et que le pKA du couple auquel elle appartient est grand.

Dans une solution l’acide le plus fort sera toujours H3O+ et la base la plus forte sera HO-


  1. Domaine de prédominance : relation entre pH et pKA


Photo 266

Voici les domaines de prédominances, d’après cette relation :

  • si pH = pKA alors [HA]éq = [A-]éq, c’est a dire qu’aucune espèce ne prédomine

  • si pH est plus petit que p KA alors [HA]éq > [A-]éq, c’est donc l’acide qui prédomine sur la base

  • si pH est supérieur a pKA alors [HA]éq < [A-]éq c’est donc la base qui prédomine


On contrôle se pH par une solution tampon. C’est une solution dont le pH varie peu si on ajoute un tout petit peu de l’acide ou de la base. Par exemple les solution étalons sont des solutions tampon.


  1. Les acides forts et les bases fortes dans l’eau


Un acide HA est fort dans l’eau si sa réaction avec l’eau est totale : on écrit alors sa réaction avec une seule flèche. L’équation de cette réaction devient alors : photo 267

Dans ce cas, si la concentration de l’acide fort est noté C on a pH = -log C

Une base A- est forte dans l’eau si sa réaction avec l’eau est totale. Dans ce cas la réaction ne s’écrit qu’avec une simple flèche.

Dans ce cas, le pH de la base forte dont la concentration est C est :pH = pKe + log C.
Quel est la réaction qu’il y a entre un acide fort et une base forte dans l’eau ?

La réaction d’un acide fort et d’une base forte dans l’eau s’écrit PHOTO 268.

Cette équation est normale car il n’y a pas d’acide plus fort que H3O+ et de base plus forte que HO-. Cette réaction ne s’écrit qu’avec une seule flèche puisqu’elle est totale. C’est la réaction inverse de l’autoprotolyse de l’eau.

Entre un acide fort et une base forte la réaction libère toujours de l'énergie thermique et s’accompagne alors d’une élévation de température. Et plus on ajoute de quantité de matière, plus l'énergie thermique libérée est grande.

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