Acides forts et faibles, bases fortes et faibles
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• comparer la force de deux acides, ou de deux bases, de même concentration ;
• distinguer un acide fort d'un acide faible, une base forte d'une base faible ;
• écrire l'équation de leur ionisation dans l'eau, avec une simple ou une double flèche ;
• citer les espèces présentes dans leurs solutions.
Prérequis : électrolytes forts et faibles, ionisation propre de l'eau, équilibre dynamique, pH.
Situation de départ
L'acide chlorhydrique d'un détartrant et l'acide éthanoïque du vinaigre sont tous deux des acides ; la soude d'un déboucheur et l'ammoniac d'un nettoyant pour vitres sont tous deux des bases. Pourtant, on assaisonne une salade avec du vinaigre, alors qu'un détartrant à l'acide chlorhydrique brûle la peau ! Qu'est-ce qui différencie ces acides, et ces bases ?
I. Comparer la force de deux acides
On prépare deux solutions de même concentration Ca = 1,0.10-2 mol.L-1 : (S1) de chlorure d'hydrogène HCl et (S2) d'acide éthanoïque CH3COOH.
1. D'après la conductibilité électrique
On verse 100 mL de chaque solution dans deux électrolyseurs identiques, reliés chacun à un générateur et à un milliampèremètre, sous la même tension. On mesure I1 = 38 mA avec (S1) et seulement I2 = 2 mA avec (S2).
À concentrations égales, (S1) contient beaucoup plus d'ions que (S2) : HCl est un électrolyte plus fort que CH3COOH. Comme ce sont deux acides, HCl est un acide plus fort que CH3COOH.
2. D'après le pH
Au pH-mètre, on mesure pH1 = 2,0 et pH2 = 3,4. Donc [H3O+]1 = 10-2 mol.L-1 et [H3O+]2 = 10-3,4 ≈ 4.10-4 mol.L-1 : (S2) contient environ 25 fois moins d'ions H3O+ que (S1).
À la même température et pour des solutions de même concentration, l'acide le plus fort est celui dont la solution a le pH le plus petit.
II. Acides forts et acides faibles
1. Le chlorure d'hydrogène : ionisation totale
Dans (S1), on a dissous 10-2 mol de HCl par litre, et on trouve [H3O+] = 10-2 mol.L-1 = Ca. Une molécule HCl ne peut donner qu'un ion H3O+ : toutes les molécules HCl ont été ionisées.
2. L'acide éthanoïque : ionisation partielle
Dans (S2), [H3O+] ≈ 4.10-4 mol.L-1, valeur inférieure à Ca = 10-2 mol.L-1 : seules quelques molécules (environ 4 sur 100) sont ionisées. L'ionisation est partielle : l'acide éthanoïque est un acide faible. Elle aboutit à un équilibre dynamique entre les ions et les molécules non ionisées :
La solution d'acide éthanoïque contient, en plus des molécules d'eau, des ions H3O+, CH3COO- (ion éthanoate), quelques ions OH-, et surtout des molécules CH3COOH non ionisées : [CH3COOH] n'est pas nulle.
3. Généralisation
Acide fort ou acide faible (monoacide AH de concentration C)
| Acide fort | Acide faible | |
|---|---|---|
| Ionisation dans l'eau | totale | partielle (équilibre dynamique) |
| Équation | AH + H2O H3O+ + A- | AH + H2O H3O+ + A- |
| Concentration des ions H3O+ | [H3O+] = C, soit 10-pH = C | [H3O+] < C, soit 10-pH < C |
| Molécules AH restantes | aucune | presque toutes |
| Exemples | HCl, HBr, HI, HNO3 | CH3COOH, HCOOH (acide méthanoïque), HF |
III. Comparer la force de deux bases
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