Chapitre 1 : Transformations acides-bases

▶️ Capsule : Le cours complet

🧪 I - Théorie de Brönsted (1923)

A savoir

▶️ Capsule : Couple acide-base

📖 1. Définitions

• 🔴 On appelle acide une espèce chimique capable de libérer au moins un proton (\(H^+\)) en solution aqueuse :

\[AH_{(aq)} \rightarrow A^-_{(aq)} + H^+_{(aq)}\]

👉 Acide = donneur de proton (\(H^+\))

• 🔵 On appelle base une espèce chimique capable de capter au moins un proton (\(H^+\)) en solution aqueuse :

\[A^-_{(aq)} + H^+_{(aq)} \rightarrow AH_{(aq)}\]

👉 Base = accepteur de proton (\(H^+\))

• 🔁 Un couple acide/base (ou acido-basique) est constitué de deux espèces chimiques qui se transforment l’une en l’autre par transfert d’un proton : ces deux espèces sont dites conjuguées.

On représente ce transfert par une demi-équation acido-basique :

\[AH = A^- + H^+ \text{(couple $AH/A^-$)}\]

👉 Acide = base conjuguée + \(H^+\)

📊 2. Exemples : quelques couples acido-basiques à connaître

🔁 Couple acide/base	🔴 Acide	⚡Demi-équation acido-basique	🔵Base
\(HCOOH_{(aq)} / HCOO^-_{(aq)}\)	\(HCOOH\) : acide méthanoïque	\(HCOOH = HCOO^- + H^+\)	\(HCOO^-\) : ion méthanoate
\(CO_2, H_2O / HCO_3^-{_{(aq)}}\)	\(CO_2, H_2O\) : dioxyde de carbone dissous	\(CO_2, H_2O = HCO_3^- + H^+\)	\(HCO_3^-\) : ion hydrogénocarbonate
\(HCO_3^-{_{(aq)} }/ CO_3^{2-}{_{(aq)}}\)	\(HCO_3^-\) : ion hydrogénocarbonate	\(HCO_3^- = CO_3^{2-} + H^+\)	\(CO_3^{2-}\) : ion carbonate
\(NH_4^+{_{(aq)}} / NH_3{_(aq)}\)	\(NH_4^+\) : ion ammonium	\(NH_4^+ = NH_3 + H^+\)	\(NH_3\) : ammoniac
\(H_3O^+_{(aq)} / H_2O{(ℓ)}\)	\(H_3O^+\) : ion oxonium	\(H_3O^+ = H_2O + H^+\)	\(H_2O\) : eau
\(H_2O_{(ℓ)} / HO^-_{(aq)}\)	\(H_2O\) : eau	\(H_2O = HO^- + H^+\)	\(HO^-\) : ion hydroxyde

3. ⚖️ Espèce amphotère

💡 Dans le tableau précédent, on remarque que l’eau est à la fois l’acide d’un couple et la base d’un autre couple acido-basique.

👉 Une espèce chimique qui est à la fois l’acide d’un couple et la base d’un autre couple acido-basique est qualifiée d’espèce amphotère.

Dans le tableau précédent quelle autre espèce est aussi amphotère?

🔄 II - Les réactions acido-basiques

A savoir

▶️ Capsule : Les réactions acido-basiques

Une réaction acido-basique est un transfert de proton entre l’acide d’un couple acido-basique et la base d’un autre couple. Les produits de la réaction sont les formes conjuguées des réactifs.

⚡ Équation générale :

\(Acide_1 + Base_2 = Base_1 + Acide_2\)

👉 Cette équation de réaction est la somme de deux demi-équations des couples mis en jeu.

🧾 Exemple : réaction de l’acide méthanoïque \(HCOOH\) avec l’eau \(H_2O\)

\[HCOOH_{(aq)} = HCOO^-{(aq)} + H^+{(aq)}\]

\[H_2O_{(ℓ)} + H^+{(aq)} = H_3O^+{(aq)}\]

---

\[HCOOH_{(aq)} + H_2O_{(ℓ)} = HCOO^-{(aq)} + H_3O^+{(aq)}\]

🧩 III. Structure des acides et des bases

A savoir

• 🔴 La structure d’un acide fait apparaître une liaison polarisée entre un atome d’hydrogène et un autre atome plus électronégatif (O, N, …).

👉 La rupture de cette liaison permet la libération d’un ion hydrogène \(H^+\).

• 🔵 Une base comporte un atome (N ou O) portant au moins un doublet non liant, qui peut combler la lacune électronique d’un ion hydrogène.

👉 Une base est donc capable de capter un proton \(H^+\).

▶️ Capsule : Structure des acides et des bases

📏 IV. pH d’une solution aqueuse

A savoir

Le pH est un indicateur d’acidité lié à la présence des ions oxonium \(H_3O^+\) en solution.

📌 Pour une solution aqueuse diluée, dans laquelle la concentration en ions oxonium est telle que \([H_3O^+] < 5,0 \times 10^{-2} \text{mol·L}^{-1}\) le calcul du pH est défini par la relation:

\[pH = - log \left(\dfrac{[H_3O^+]}{C^\circ}\right) = -\log([H_3O^+]) \text {👉 Résultat sans unité} \]

dans laquelle \(C^\circ\) est la concentration standard : \(C^\circ = 1 \text{mol·L}^{-1}\).

▶️ Capsule : Calculer le pH d'une solution

🔄 Réciproquement, on peut calculer la concentration en ions oxonium exprimée en \(\text{mol·L}^{-1}\) à partir du pH :

\[[H_3O^+] = C^\circ \times 10^{-pH} = 10^{-pH}\]

▶️ Capsule : Calculer la concentration en ions oxonium dans une solution

🧮 Ainsi le pH augmente si \([H_3O^+]\) diminue et diminue si \([H_3O^+]\) augmente.