Fiche de Révision : Acido-Basique

Introduction au concept Acido-Basique

La chimie acido-basique est une branche fondamentale de la chimie qui étudie les réactions entre acides et bases, ainsi que leurs propriétés. Ce domaine permet de comprendre de nombreux phénomènes chimiques, biologiques et industriels.

Définition

• Acide : espèce chimique capable de libérer un ou plusieurs ions [Formule] (protons) en solution aqueuse.
• Base : espèce chimique capable de capter un ou plusieurs ions [Formule] ou de libérer des ions [Formule] (hydroxyde) en solution aqueuse.

1. Théories Acido-Basiques

Plusieurs définitions permettent de comprendre le comportement acido-basique :

1.1 Théorie de Arrhenius

• Acide : substance qui libère des ions [Formule] en solution aqueuse.
• Base : substance qui libère des ions [Formule] en solution aqueuse.

Exemple :

• [Formule] (acide)
• [Formule] (base)

1.2 Théorie de Brønsted-Lowry

• Acide : donneur de proton ([Formule]).
• Base : accepteur de proton ([Formule]).

Cela étend le concept à des solutions non aqueuses.

Exemple :

[Formule mathématique]

• [Formule] est une base (accepte [Formule]).
• [Formule] est un acide (donne [Formule]).

1.3 Théorie de Lewis

• Acide : accepteur de doublet électronique.
• Base : donneur de doublet électronique.

Cette définition est la plus générale.

Exemple :

[Formule mathématique]

• [Formule] est un acide de Lewis (accepte un doublet).
• [Formule] est une base de Lewis (donne un doublet).

2. Caractéristiques des solutions acido-basiques

2.1 pH et pOH

Le pH mesure la concentration en ions [Formule] dans une solution.

[Formule mathématique]

De même, le pOH mesure la concentration en ions [Formule] :

[Formule mathématique]

La relation fondamentale dans l'eau pure est :

[Formule mathématique]

(à 25°C)

2.2 Échelle de pH

• [Formule] : solution acide
• [Formule] : solution neutre
• [Formule] : solution basique (ou alcaline)

2.3 Constante d’ionisation de l’eau ([Formule])

L’eau s’auto-ionise légèrement :

[Formule mathématique]

La constante d’équilibre est :

[Formule mathématique]

3. Acides et bases forts vs faibles

3.1 Acides forts

• Se dissocient complètement en ions [Formule] dans l’eau.
• Exemple : [Formule], [Formule], [Formule] (première dissociation).

3.2 Acides faibles

• Se dissocient partiellement.
• Exemple : acide acétique [Formule].

3.3 Bases fortes

• Se dissocient complètement en ions [Formule].
• Exemple : [Formule], [Formule].

3.4 Bases faibles

• Se dissocient partiellement.
• Exemple : [Formule].

3.5 Constantes d’acidité et de basicité

• Constante d’acidité [Formule] mesure la force d’un acide faible :

[Formule mathématique]

• Constante de basicité [Formule] mesure la force d’une base faible :

[Formule mathématique]

Relation entre [Formule] et [Formule] pour un couple acide/base conjugué :

[Formule mathématique]

4. Les couples acide/base conjugués

Un acide et sa base conjuguée diffèrent par un proton [Formule].

[Formule mathématique]

• [Formule] est l’acide.
• [Formule] est la base conjuguée.

Cette relation est centrale dans l’étude des équilibres acido-basiques.

5. Calculs de pH

5.1 pH d’un acide fort

Pour un acide fort de concentration [Formule] mol/L, la concentration en [Formule] est égale à [Formule].

[Formule mathématique]

5.2 pH d’un acide faible

On utilise la constante [Formule] et la molarité [Formule].

• On pose la dissociation : [Formule]

• Concentrations initiales : [Formule], [Formule], [Formule]

• À l’équilibre : [Formule], [Formule], [Formule]

• Expression de [Formule] :

[Formule mathématique]

On résout pour [Formule] :

[Formule mathématique]

Donc :

[Formule mathématique]

5.3 pH d’une base forte

Pour une base forte de concentration [Formule], [Formule].

On calcule [Formule] puis [Formule] :

[Formule mathématique]

[Formule mathématique]

5.4 pH d’une base faible

Même principe que pour un acide faible, avec [Formule].

6. Neutralisation acido-basique

6.1 Réaction de neutralisation

Lorsque un acide et une base réagissent, ils forment un sel et de l’eau :

[Formule mathématique]

Exemple :

[Formule mathématique]

6.2 Calcul du pH après neutralisation partielle

• Avant neutralisation, on connaît les concentrations initiales.
• Après réaction, on calcule les quantités restantes.
• On détermine la nature de la solution (acide, basique, neutre).
• On calcule le pH en fonction des espèces restantes.

7. Tampons acido-basiques

7.1 Définition

Un tampon est un mélange acide faible/base conjuguée (ou base faible/acide conjugué) qui résiste aux variations de pH lorsqu'on ajoute une petite quantité d’acide ou de base.

7.2 Exemple classique

Mélange acide acétique ([Formule]) et acetate de sodium ([Formule]).

7.3 Fonctionnement

• Si on ajoute un acide ([Formule]), la base conjuguée neutralise [Formule] :

[Formule mathématique]

• Si on ajoute une base ([Formule]), l’acide neutralise [Formule] :

[Formule mathématique]

7.4 Equation de Henderson-Hasselbalch

Elle permet de calculer le pH d’un tampon :

[Formule mathématique]

où [Formule].

8. Diagramme de prédominance acido-basique

8.1 Définition

Un diagramme de prédominance montre la forme prédominante d’une espèce chimique en fonction du pH.

8.2 Exemple pour l’acide acétique

• À pH faible : [Formule] prédomine.
• À pH élevé : [Formule] prédomine.

8.3 Diagramme Mermaid simplifié

[Diagramme]

9. Applications pratiques

• Analyse chimique : titrages acido-basiques pour déterminer la concentration inconnue.
• Biologie : régulation du pH sanguin par les tampons bicarbonates.
• Industrie : contrôle du pH dans les procédés chimiques et pharmaceutiques.
• Environnement : acidification des sols et des océans.

10. Résumé des points clés

11. Exercices d’application

1. Calculer le pH d'une solution à 0,01 mol/L d'acide chlorhydrique ([Formule]).
2. Déterminer le pH d'une solution à 0,1 mol/L d’acide acétique ([Formule]).
3. Calculer le pH d’une solution contenant une base faible d’ammoniac ([Formule]) à 0,1 mol/L ([Formule]).
4. Écrire la réaction de neutralisation entre [Formule] et [Formule].
5. Utiliser la formule de Henderson-Hasselbalch pour calculer le pH d’un tampon formé par 0,1 mol/L d’acide acétique et 0,1 mol/L d’acétate de sodium.

Citation importante :
« La compréhension des réactions acido-basiques est essentielle pour maîtriser la chimie des solutions et leurs nombreuses applications en sciences et industrie. »

Fin de la fiche de révision Acido-Basique