Les Réactions Acido-Basiques
Acides, bases et pH
Définition
Une réaction acido-basique est un processus chimique au cours duquel un acide cède un ou plusieurs protons (ions H+) à une base. Il s'agit d'un transfert de proton entre deux espèces chimiques. Ces réactions sont omniprésentes, de la digestion dans notre corps à l'entretien des piscines.
Concepts Clés
Acide et Base selon Brønsted-Lowry
- Un acide de Brønsted est une espèce chimique capable de céder un proton (H+).
- Une base de Brønsted est une espèce chimique capable de capter un proton (H+).
- Exemple : HCl + H2O → Cl- + H3O+. Ici, HCl est l'acide (il cède H+) et H2O est la base (elle capte H+).
Couple Acido-Basique
Un couple acide/base est noté Acide / Base et regroupe deux espèces qui se transforment l'une en l'autre par échange d'un proton. Elles sont dites conjuguées.
Dans l'exemple ci-dessus, les couples sont HCl / Cl- et H3O+ / H2O.
Réaction de Neutralisation
C'est une réaction acido-basique particulière entre un acide et une base, conduisant à la formation d'eau et d'un sel. Elle est souvent totale et exothermique.
Acide₁ + Base₂ → Base₁ + Acide₂
Constante d'acidité Ka et pKa
Pour un couple acide/base AH/A-, la constante d'acidité Ka mesure sa force dans l'eau.
Plus Ka est grand, plus l'acide AH est fort (il se dissocie facilement). Le pKa est défini par :
pKa = -log(Ka)
Plus le pKa d'un couple est faible, plus l'acide est fort.
Le pH
Le pH (potentiel Hydrogène) mesure l'acidité d'une solution aqueuse. Il est lié à la concentration en ions oxonium [H3O+] par :
pH = -log([H3O+])
- pH < 7 : solution acide
- pH = 7 : solution neutre
- pH > 7 : solution basique
Formules et Équations Essentielles
Relation pH / [H3O+] :
Produit ionique de l'eau (à 25°C) :
Relation pH / pOH :
Exemples Concrets
1. La digestion
L'estomac sécrète de l'acide chlorhydrique (HCl) très concentré (pH ~1.5-3) pour activer les enzymes et dégrader les aliments. Les antiacides contiennent des bases faibles (comme les carbonates) qui neutralisent l'excès d'acide.
2. Le vinaigre dans la cuisine
Le vinaigre est une solution d'acide acétique (CH3COOH). Son acidité (pH ~3) relève le goût des plats et permet aussi de dissoudre le calcaire (base) selon une réaction de neutralisation.
3. Le pH des sols
La croissance des plantes dépend du pH du sol. Un sol trop acide (pH bas) peut être traité avec de la chaux (base, Ca(OH)2) pour le neutraliser et le rendre plus fertile.
Expérience Illustrative
Le Choux Rouge, Magicien des Couleurs
Matériel :
- Jus de choux rouge (indicateur coloré naturel)
- 3 tubes à essais ou verres transparents
- Vinaigre blanc (acide acétique)
- Solution de soude diluée (hydroxyde de sodium, base)
- Eau distillée (neutre)
- Pipettes
Protocole :
- Versez du jus de choux rouge dans les trois tubes à essais (même volume).
- Dans le premier tube, ajoutez quelques gouttes de vinaigre. Agitez doucement.
- Dans le deuxième tube, ajoutez quelques gouttes de solution de soude. Agitez.
- Le troisième tube sert de témoin (pas d'ajout).
Observations :
- • Tube 1 (vinaigre) : La solution vire au rose/rouge. Le vinaigre, acide, abaisse le pH.
- • Tube 2 (soude) : La solution vire au vert/bleu-vert. La soude, basique, élève le pH.
- • Tube 3 (témoin) : La solution reste violette (couleur initiale du choux rouge, sensible au pH neutre).
- • Bonus : En versant progressivement de la soude dans le tube rouge (acide), on peut observer toutes les couleurs de l'arc-en-ciel (rose → violet → bleu → vert) et même inverser la réaction avec du vinaigre. C'est une visualisation directe du changement de pH.
Points à Retenir
- Une réaction acido-basique est un transfert de proton (H+) d'un acide vers une base.
- Un couple acide/base est formé de deux espèces conjuguées qui diffèrent par un H+.
- Le pH mesure l'acidité d'une solution : acide si pH < 7, basique si pH > 7, neutre à pH = 7 (à 25°C).
- La force d'un acide est caractérisée par son pKa : plus il est faible, plus l'acide est fort.
- La neutralisation est la réaction entre un acide et une base pour donner de l'eau et un sel. Elle est à la base de nombreux processus biologiques et industriels.
