Transformations acide-base PDF

# Thème 1: Constitution et transformations de la matière ## Chapitre 1: Transformations acide-base ### 1) Les acides et les bases En 1923 le chimiste danois Joannes Brönsted propose une définition d'un acide et d'une base. **Info:** En chimie, l'ion hydrogène H+ est parfois appelé proton. **Un...

# Thème 1: Constitution et transformations de la matière ## Chapitre 1: Transformations acide-base ### 1) Les acides et les bases En 1923 le chimiste danois Joannes Brönsted propose une définition d'un acide et d'une base. **Info:** En chimie, l'ion hydrogène H+ est parfois appelé proton. **Un acide** est une espèce chimique capable de céder au moins un ion hydrogène H+ (ou proton) * **Exemple:** CH₃ CO₂H (aq) = CH₃CO₂- (aq) + H+ * CH₃CO₂H est un acide car il est capable de céder un ion hydrogène H+ **Une base** est une espèce chimique capable de capter au moins un ion hydrogène H+ (ou proton) * **Exemple:** CH₃CO₂-(aq) + H+ = CH₃ CO₂H(aq) * CH₃CO₂ est une base car il est capable de capter un ion hydrogène H+ **Un couple acide-base**, noté AH/A- est défini par: * La demi-équation acide-base: - AH(aq) = A-(aq) + H+ - A- (aq) + H+ = AH(aq) * Les espèces AH et A- d'un même couple sont dites conjugués - Les demi-équations sont des écritures formelles, elles mettent simplement en évidence la libération ou la capture, c'est-à-dire le transfert d'un ion hydrogène H+. - L'ion hydrogène H+ n'existe pas à l'état libre dans l'eau, mais est à l'état hydraté. Une molécule d'eau H₂O se fixe sur l'ion H+ pour former un ion oxonium H₃O+: - H+ + H₂O(l) → H₃O+(aq) ### Couples acide-base #### Couples de l'eau : - L'eau H₂O appartient à deux couples: - Le couple H₃O+(aq) / H₂O(l): où elle joue le rôle d'une base - H₃O⁺(aq) = H₂O(l) + H⁺ - Le couple H₂O(l) / HO-(aq): où elle joue le rôle d'un acide - H₂O(l) = HO^-(aq) + H⁺ #### Couple de l'acide carbonique (H₂CO₃) - La molécule d'acide carbonique H₂CO₃(aq) n'est pas très stable dans l'eau, elle se déshydrate très facilement pour donner du CO₂(aq) et H₂O(l). On préfèrera donc la notation CO₂, H₂O(aq) à la notation H₂CO₃(aq). - Le dioxyde de carbone dissous dans l'eau, noté CO₂, H₂O(aq) et l'ion hydrogénocarbonate HCO₃^-(aq) forment un couple acide-base: - CO₂, H₂O(aq) / HCO₃^-(aq) - La demi-équation acide-base de ce couple s'écrit: - CO₂, H₂O (aq) = HCO₃^- (aq) + H⁺ - On peut remarquer que l'ion hydrogénocarbonate HCO₃^-(aq) peut libérer un ion H+ pour donner l'ion carbonate CO₃^2-(aq) selon la demi-équation: - HCO₃^-(aq) = CO₃^2-(aq) + H⁺ #### Couples des acides carboxyliques: - Un acide carboxylique de formule RCO₂H(aq) cède un ion hydrogène H+ pour former un ion carboxylate RCO₂^-(aq): - RCO₂H(aq) / RCO₂^-(aq) - RCO₂H(aq) = RCO₂^-(aq) + H⁺ - Le nom de la base conjuguée, l'ion carboxylate, s'obtient en supprimant le mot acide et en remplaçant la terminaison -oïque du nom de l'acide par la terminaison -oate. * **Exemple:** CH₃-CH₂-CH₂-C(=O)OH = CH₃-CH₂-CH₂-C(=O)O^- - acide butanoique - ion butanoate - Grâce à la polarisation de la liaison O-H les acides carboxyliques sont des espèces capables de céder un ion H+, les acides carboxyliques sont donc des acides. - Schéma de Lewis du couple acide-base acide carboxylique/ion carboxylate: #### Couples des amines: - Les amines sont des molécules azotées, obtenues par remplacement de 1,2 ou 3 atome(s) d'hydrogène de l'ammoniac NH₃ par 1,2 ou 3 groupe(s) alkyle(s) R. - Grâce au doublet non-liant porté par l'atome d'azote N, les amines sont des espèces capables de catter un ion H+, les amines sont donc des bases. - Le nom de l'acide conjugué s'obtient en remplaçant la terminaison -amine du nom de l'amine par la terminaison -ammonium. * **Exemple:** H₃C-NH₂ + H⁺ = H₃C-NH₃⁺ - méthanamine - ion méthammonium - Schéma de Lewis du couple acide-base ion ammonium/amine: ### III) Les réactions acide-base - Une transformation chimique acide-base met en jeu un transfert d'ions hydrogène H+ entre l'acide d'un couple et la base d'un autre couple. **Comment établir l'équation d'une réaction acide-base?** 1. Identifier les deux couples mis en jeu. 2. Repérer dans chaque couple les réactifs de la réaction 3. Écrire deux demi-équations acide-base dans le sens de la réaction. 4. Additionner les deux demi-équations acide-base. L'équation s'écrit avec une double flèche si la transformation n'est pas totale et avec une simple flèche si la transformation est totale. - L'ion hydrogène H⁺ échange n'apparaît pas dans l'équation de la réaction. Finalement, l'équation de la réaction s'écrit: - A₂H + A₂^- = A₂^- + A₂H **Exemple**: Écrire l'équation de la réaction entre l'acide éthanoïque CH₃CO₂H(aq) et l'eau. - Données: CH₃CO₂H (aq) / CH₃CO₂^- (aq) - CH₃CO₂H(aq) = CH₃CO₂^-(aq) + H⁺ - Données: H₃O⁺ (aq) / H₂O(l) - H₃O⁺(aq) = H₂O(l) + H⁺ - CH₃CO₂H(aq) + H₂O(l) = CH₃CO₂^-(aq) + H₃O⁺(aq) ### À retenir: * Définition des acides et des bases selon Brönsted. * Couples acide-base (de l'eau, de l'acide carbonique, d'acides carboxyliques, d'amines). * Transformations acide-base modélisées par des transferts d'ion hydrogène H⁺. * Caractère amphotère d'une espèce chimique. ### 2 Quelques couples acide-base * Couples de l'eau: * H₂O(l) / HO^-(aq) - eau - ion hydroxyde * H₃O⁺(aq) / H₂O(l) - ion oxonium - eau * Couple de l'acide carbonique: * CO₂(aq), H₂O(l) / HCO₃^-(aq) - dioxyde de carbone dissout dans l'eau - ion hydrogénocarbonate * Couples des acides carboxyliques: * Couples des amines: * Une espèce chimique amphotère se comporte soit comme un acide, soit comme une base, en fonction des espèces chimiques présentes. * Exemples: * L'eau est une espèce amphotère, elle joue le rôle de l'acide dans un couple et le rôle de la base dans un autre: * H₂O(l) / HO^-(aq) - acide - base * H₃O⁺(aq) / H₂O(l) - acide - base * L'ion hydrogénocarbonate est aussi une espèce amphotère: * CO₂(aq), H₂O(l) / HCO₃^-(aq) - acide - base * HCO₃^-(aq) / CO₃^2-(aq) - acide - base