Les acides et les bases de Brønsted
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• définir un acide et une base selon Brønsted ;
• reconnaître une réaction acide-base ;
• écrire l'équation d'ionisation d'un acide ou d'une base dans l'eau ;
• connaître quelques acides et bases usuels.
Prérequis : électrolytes forts et faibles, dissociation ionique, neutralité électrique, concentration molaire.
Situation de départ
Le coquelicot est rouge, le bleuet est bleu. Pourtant, leurs pétales contiennent des colorants de la même famille. Dans le coquelicot, la sève est acide et le colorant prend une teinte rouge ; dans le bleuet, la sève est basique et le colorant paraît bleu.
Le goût piquant de nombreux aliments est dû à des acides : acide citrique des agrumes, acide tartrique du raisin, acide éthanoïque du vinaigre…
Qu'est-ce qu'un acide ? Qu'est-ce qu'une base ?
I. Les réactions acide-base
1. Le chlorure d'hydrogène dans l'eau
Un ballon rempli de chlorure d'hydrogène HCl gazeux est fermé par un bouchon traversé d'un tube effilé. On le retourne et on plonge le tube dans de l'eau contenant quelques gouttes de bleu de bromothymol (BBT), un indicateur coloré.
Dès qu'on ouvre la pince, l'eau monte et jaillit dans le ballon en devenant jaune.
Observations
- Le gaz HCl est très soluble : il se dissout dans les premières gouttes d'eau, la pression baisse dans le ballon et l'eau est aspirée.
- Le BBT jaune indique une solution acide ; le test au nitrate d'argent montre la présence d'ions Cl-.
HCl s'ionise dans l'eau. L'ion H+ libéré se fixe sur une molécule d'eau pour donner l'ion hydronium H3O+ :
2. Interprétation : un transfert d'ion hydrogène
Au cours de cette réaction, un ion hydrogène H+ passe de HCl à la molécule d'eau : c'est un transfert d'ion hydrogène.
- HCl joue le rôle de donneur d'ion H+ ;
- H2O joue le rôle d'accepteur d'ion H+.
Une réaction au cours de laquelle un ion H+ passe d'une entité à une autre est appelée réaction acide-base.
3. Le chlorure d'hydrogène et l'ammoniac
Sous la hotte, on approche l'un de l'autre un flacon ouvert d'acide chlorhydrique concentré et un flacon ouvert d'ammoniac concentré : une épaisse fumée blanche de chlorure d'ammonium NH4Cl solide se forme.
Dissous dans l'eau, ce solide donne des ions Cl- (test au nitrate d'argent) et des ions ammonium NH4+ (chauffé avec de la soude, il libère de l'ammoniac à l'odeur piquante).
Ici encore, un ion H+ est transféré de HCl (donneur) vers NH3 (accepteur) : c'est aussi une réaction acide-base.
4. Définitions de Brønsted
En 1923, le Danois Johannes Brønsted (et en même temps l'Anglais Thomas Lowry) a proposé les définitions suivantes :
Un acide est une entité chimique, chargée ou non, capable de céder un ion hydrogène H+ au cours d'une réaction.
Une base est une entité chimique, chargée ou non, capable de capter un ion hydrogène H+ au cours d'une réaction.
Une réaction acide-base est un transfert d'ion hydrogène d'un acide vers une base.
L'eau peut jouer le rôle de base (avec HCl) ou d'acide (avec NH3, voir plus loin).
5. Reconnaître une réaction acide-base
Parmi ces réactions, lesquelles sont des réactions acide-base ?
Application
| Réaction | Acide-base ? | Acide / base |
|---|---|---|
| CH3CO2H + H2O CH3CO2- + H3O+ | oui | CH3CO2H / H2O |
| 3 H2 + N2 2 NH3 | non | pas de transfert de H+ |
| HF + NH3 NH4+ + F- | oui | HF / NH3 |
| C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O | non | combustion |
| O2 + 4 HCl 2 H2O + 2 Cl2 | non | pas de transfert de H+ |
| NH4+ + OH- NH3 + H2O | oui | NH4+ / OH- |
| CH3CO2- + H2O CH3CO2H + OH- | oui | H2O / CH3CO2- |
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