Chimie 1 - Les réactions acido-basiques

Chimie 1
Les réactions acido-basiques – Le pH du vivant
I. Notion du pH
pH = potentiel d’hydrogène. Il s’agit d’une grandeur reliée à la concentration
en ions oxonium .
A 25°C, le pH d’une solution aqueuse est compris entre 0 et 14. La solution
sera :
 Acide si son pH est inférieur à 7
 Neutre si son pH est 7
 Basique si son pH est supérieur à 7
On a la relation :
   Ou  
Il faut par contre que  mol. L-1.
II. Equilibre acido-basique
A. Définitions d’un acide et d’une base selon Brönsted
Définition :
Espèce acide : Une espèce acide est une espèce chimique capable de céder au
moins un proton .
Une solution qui contient une telle espèce est acide car il y a une
augmentation de la concentration de , donc une diminution de pH.
Espèce basique : Une espèce basique est une espèce chimique capable de
capter au moins un proton .
Une solution qui contient une telle espèce est basique car il y a une diminution
de la concentration de , donc une augmentation de pH.
B. Couple acide-base
Définition : Lors d’une réaction acido-basique, une espèce basique  ou acide
 va gagner ou perdre un proton et ainsi devenir son acide ou sa base
correspondante. On appelle ces deux espèces des espèces conjuguées, elles
forment un couple acide-base .
Les demi-équations acido-basique sont équilibrées par l’ajout d’un proton :
Définition : Amphotère – Ampholyte. L’eau appartient à deux couples, c’est
l’acide du couple  et la base du couple . Etant à la fois une
base et un acide, on appelle cela un amphotère ou un ampholyte.
C. Réaction acido-basique
Définition : Une réaction acido-basique est une réaction entre l’acide d’un
couple et la base d’un autre couple, pour former les espèces conjuguées.
Lorsqu’on dissout un acide ou une base dans l’eau, celui-ci ou celle-ci va réagir
avec l’eau puisqu’elle est un ampholyte.
Exemple :
Réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau :  et 
Certaines équations acido-basiques et plus généralement certaines réactions
chimiques ne sont pas totales, elles atteignent un état d’équilibre chimique :
l’avancement final  et forcément inférieur à l’avancement maximal . Il
existe donc à la fin de la réaction encore une partie des réactifs d’origine.
D. Réaction exothermique
Définition : Une réaction entre un acide fort et une base forte est
exothermique, c’est-à-dire qu’elle libère de l’énergie sous forme de chaleur. La
température du milieu réactionnel augmente.
 Les acides �-aminés ont des propriétés acido-basiques particulières.
Le groupe carboxyle  donne la propriété d’un acide
Le groupe amine  donne la propriété d’une base.
Les deux groupes sont sur le même atome de carbone.

Il existe trois formes notées 
,  et . Exemple de l’aspartame :
E. Produit ionique de l’eau
L’eau est à la fois un acide et une base. Il peut donc y avoir une réaction entre
ces deux molécules d’eau, l’une jouant le rôle de la base, l’autre jouant le rôle
d’acide :
  → C’est l’autoprotolyse de l’eau.
Définition : le produit ionique de l’eau et noté
A cette grandeur associée, le  (potentiel ), on a :
On peut alors facilement connaître la concentration  en connaissant
celle de .
A 25°C,   et 
F. Acide fort, base forte
Définition : Un acide est fort si sa réaction avec l’eau est totale. Une base est
forte si sa réaction avec l’eau est totale. On trace une flèche simple →.
Exemple de calcul du pH d’un acide fort avec    :
A , on met  pour  car on compte l’autoprotolyse de l’eau. Il y a déjà
une quantité infime d’ions oxoniums déjà présents.
A l’état final,   donc le pH de l’acide fort est :   
Le pH d’un acide faible sera donc supérieur :   
Exemple de calcul du pH d’une base forte avec    :
A , on met  pour  car on compte l’autoprotolyse de l’eau.
Le pH d’une base faible sera donc inférieur :  

G. Acide faible, base faible
Définition : Un acide faible , ou une base faible  est une espèce qui ne
réagit pas totalement avec l’eau : la réaction est équilibrée. Il y a une
coexistence des réactifs et des produits. On trace une double flèche .
 Déplacement d’un équilibre
Une modification de la concentration d’une espèce chimique de l’équilibre
chimique provoque une évolution du système dans le sens opposé à la
modification initiale recherchée.
III. Domaine de prédominance
A. Constante d’acidité et 
 Le  d’un acide faible ou d’une base faible est compris entre 0 et 14.
 Le  d’un acide fort est inférieur ou égal à 0.
 Le  d’une base forte est supérieur ou égal à 14.
 Pour un acide faible, plus le  est bas, plus il est dissocié.
 Pour une base faible, plus le  est élevé, plus elle est dissociée.
B. Zone de prédominance
Définition : Une espèce  prédomine sur une espèce  si  .
 Si l’acide prédomine alors 
  donc     donc   
 Si la base prédomine alors 
  donc     donc   
On en déduit le diagramme de prédominance d’un couple acide-base qui
est un axe de pH sur lequel apparaît le du couple étudié et les
domaines où les espèces prédominent.
IV. Contrôle de la valeur du pH
Une solution tampon est composée d’un mélange d’un acide faible et de sa
base conjuguée, son pH est donc proche du  du couple utilisé.
 Donc   
C’est une solution dont le pH varie peu par addition modérée d’acide, de base
ou par dilution modérée.
Ces solutions sont utilisées pour l’étalonnage des pH-mètres.
V. Résumé des formules
A. Calcul du pH
Acide Fort
Base Forte
Acide Faible
Base Faible