Thème 2 : Lois et modèles

LM 9 Théorie de Brönsted notion d'équilibre chimique.

I) Réaction chimique par échange de proton. Le pH et sa mesure Le caractère acide d'une solution aqueuse est dû à la présence des ions oxonium H3O+ dans cette solution. Définition du pH Le pH, grandeur sans dimension (sans unité), mesure l'acidité d'une solution aqueuse diluée. Il est défini par la relation:   pH=−log[H3O+]    Dans cette relation la concentration en ions oxonium est exprimée en mol.L-1.

Inversement la connaissance de la valeur du pH d'une solution nous permet de déterminer la concentration en ions oxonium:   [H3O+]=10−pH  . Règle : La concentration en ions oxonium  est donnée avec deux chiffres significatifs lorsque le pH est donné avec un chiffre après la virgule.

II. Solutions acido-basiques Produit ionique de l’eau Définition : On appelle produit ionique de l’eau la grandeur :   Ke=[H3O+]×[HO−]    Ke est une grandeur sans unité alors que les concentrations sont exprimées en mol.L−1

Ke dépend de la température  Ke dépend de la température. Pour toute solution aqueuse à 25°C, Ke=10−14 ( Ke croît lorsque la température augmente).      On note pKe la constante telle que  pKe=−logKe  (on remarquera que Ke=10−pKe ) A 25°C, pKe=14.

2. Échelle de pH Le pH des solutions aqueuses usuelles s'étend de 0 à 14. La nature acide, basique ou neutre d'une solution dépend de son pH.

acide →X+H+ ou AH→A−+H+ III. Théorie de Brönsted des acides et des bases 1. Les acides Définition: Un acide est une espèce chimique susceptible de céder un proton H+. On écrira : acide →X+H+ ou AH→A−+H+ L’écriture formelle précédente est appelée demi-équation acido-basique.

base+H+ →Y ou B +H+→BH+ 2. Les bases. Définition: Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+. On écrira : base+H+ →Y ou B +H+→BH+

3. Notion de couple acide/base Définition: Un couple acide/base est l'ensemble d'un acide et d'une base qui se correspondent dans les réactions acido-basiques. L’acide AH et la base A− sont dits conjugués. Par convention, on écrira donc le couple sous la forme  AH/A−.

Couple Acide Base CH3—COOH(aq)/CH3—COO-(aq) Acide éthanoïque ou acide acétique Ion éthanoate ou ion acétate NH4+(aq)/NH3(aq) Ion ammonium ammoniac CO2(g),H2O/HCO3-(aq) Dioxyde de carbone (dissous) Ion hydrogénocarbonate H3O+/H2O Ion oxonium Eau H2O/HO-(aq) Ion hydroxyde

IV. Réaction acido-basique 1. Ecriture de l'équation de la réaction Définition: Une réaction acido-basique est une transformation mettant en jeu deux couples acido-basiques, acide1/base1 et acide2/base2, qui échangent un proton H+. On pourra écrire chaque demi-équation acido-basique correspondant à chaque couple mis en jeu puis leur somme membre à membre qui représente l'équation de la réaction.

Couple acide1/base1   acide1     base1 + H+  Couple acide2/base2 base2 + H+ acide2 acide1 + base2      base1 + acide2

Couple A1H/A−1   A1H     A−1+H+ Couple A2H/A−2 A−2+H+ A2H A1H+A−2      A−1+A2H

2. Cas particulier de l'eau,

V. Deux familles d’acides et de bases 1. Acide fort (voir TP) Définition : Certains acides AH, appelés acides forts, réagissent totalement avec l'eau suivant l'équation: AH+H2O→A−+H3O+ L'acide AH n'existe donc pas dans l'eau ; il est sous la forme A− et H3O+. On en déduit :   [H3O+]=c et pH=−logc  (uniquement pour un acide fort)

2. Base forte B→B++OH− ou B+H2O→BH++OH− Certaines bases B, appelées bases fortes, libèrent des ions HO− par dissolution dans l'eau ou par réaction totale avec l'eau. B→B++OH− ou  B+H2O→BH++OH− Ces bases n'existent donc pas en présence d'eau. On en déduit :   pH=pKe+logc    (uniquement pour une base forte)

3. Mélange d’un acide fort et d’une base forte SECURITE: La réaction est exothermique La réaction acido-basique entre un acide fort et une base forte d’un autre couple est quasi-totale. Exemple : réaction entre une solution d’acide chlorhydrique et solution d’hydroxyde de sodium.

FIN LM9