ACIDES-BASESQuelles Sont les Ides Cls ? Les acides de Brnsted sontdes donneurs de protons ; les bases sont des accepteurs de protons.Pourquoi tudier ce chapitre ?Les quilibres entre les espces acides basiques et leau dans lescellules animales et vgtales sont vitales pour la survie desorganismes. Ainsi le pH (indicateur dacidit) de votre sang ne doitpas varier au-del de la plage [7,38 7,42] sinon cest la mortcertaine. De mme sans les 2 L dacide gastrique gnr chaque jourpar votre estomac il vous serait impossible de digrer lesprotinesChapitreLEAU2Conductivit de leau pureQuel sont les pr-requis ?La structure de la molcule deauLa liaison HydrogneLa notion de concentration molaireLa raction chimiqueAutoprotolyse de leauProduit ionique de leau KeTHEORIE DE BRNSTEDDfinition dun acide et dune baseCouple Acide/BaseRaction Acido-BasiquepH DUNE SOLUTION AQUEUSEDfinition du pHAcidit ou Basicit dune solutionMesure du pHExemples de calculFORCE DES ACIDES ET DES BASESAcide fortAcide faibleBase forteBase faibleConstante daciditEchelle des pKaDomaine de prdominanceApplications aux acides aminsDes sources chaudes de forte acidit mergent du volcan Dallol en Ethiopie.Associes la prsence de grandes quantits de soufre, de chlorure de magnsiumou de sodium, elles crent des vasques deaux colores et des concrtions dunebeaut saisissante.

1LEAU1.1) Conductivit de leau pure : Comparer laide du conductimtre la conductivit de leaudistille celle de leau sale Observation : Interprtation : ..1.2) Autoprotolyse de leau :Autoprotolyse (grec) :auto =soi mme, proto =transfert de protons H+entre 2 molcules deau ;lyse = coupure.Do viennent ces ions ? Leau ragit avec elle-mme suivant la raction dite dautoprotolyseLimite :Une raction est limitequand tous les ractifsnont pas ragi ou que trspeu de produits se sontforms.Totale :Une raction est totalequand tous les ractifs ontdisparu pour former lesproduits .La raction (sens s crit : + .autoprotolyse.+ Cette raction est trs limite : il faut des millions de molcules deaupour nobtenir qu 1 ion HO- et 1 ion H3O+.La raction inverse (sens est en revanche quasi-totale. Ellecorrespond la neutralisation dun ion HO- par un ion H3O+.HO-+H3O+2 H2O..1.3) Produit ionique de leau Ke :Important :A une temprature donne,la valeur de Ke est toujoursla mme quelle que soit lasolution : eau pure ousolution aqueuse.Lautoprotolyse de leau est caractrise par une constante dquilibre Ke.Ke = [HO- ].[H3O+] = 10-14Ke sappelle de leau.La valeur faible de Ke indique que lquilibre est fortement dplacdans le sens A 25C , dans leau pure : [HO- ] = [H3O+] = 10-7 mol.L-1

2THEORIE DE BRNSTEDBroensted est connu pour ses travaux sur la raction chimique, et laformulation en 1923 de la thorie de Broensted des acides.Il sest apuy sur les travaux de son prdcesseur Arrhnius . Puis sa thoriesera largie par lun des plus grands chimistes du XXme sicle G.N.Lewis.Broensted (1879-1949),chimiste danois.2.1) Dfinition dun acide et dune base :Acide : ..Base : Exemples dacidesLeau : H2O + (lors de lautoprotolyse)+ .++....+ ..Lewis (1875-1946)Le chlorure dhydrogne : HCl(g) atome H : constitu dunproton (+) et dun lectron (-).Proton H+ : cest un atome dHqui a perdu son seul lectron.Lacide thanoque : CH3COOH Lacide sulfurique : H2SO4 2Lacide phosphorique : H3PO4 3En gnral :AH H+ + Exemples de basesLeau : H2O +..(lors de lautoprotolyse)Lammoniaque : NH3 +Les hydroxydes mtalliques sont des bases car ils amnent HO-.ex : (de sodium : NaOH , de potassium : KOH, de calcium Ca(OH)2 )OH- +..Lion thanoate : CH3COO- +Lion phosphate :En gnral :BPO43- + 3+ H+.

2.2) Couple Acide/BaseOn place toujours lacide enpremier dans la notation duncoupleEn cdant un proton H+ un acide se transforme en une base. Lacide et labase sont dits .. ; ils constituent un couple Acide/BaseAH/A-.Exemples :Le couple acide thanoque/ion thanoate CH3COOH/CH3COO-Le couple ion ammonium/ammoniac NH4+ / NH3Leau fait partie de 2 couples (on dit que cest une espce amphotre) :Espce Amphotre : Espce quiappartient 2 couples diffrentset qui donc prsente uncaractre acide ou basiquesuivant le milieu dans lequel ellese trouve.Leau est lacide du couple : H2O/HO-Leau est la base du couple : H3O+ / H2OPlusieurs notations gnriques sont utilises pour les couples acide/basecomme AH/A-2.3) Raction acido-basiqueUne raction au cours de laquelle il y a .. dun proton H+ cdpar lacide dun couple vers la base dun autre couple est une raction acido-basique.Acide 1Base 2 +H+H+ + Base 1Acide 2Bilan :Acide 1 + Base 2Base 1+Acide 2Exemple : Dissolution dun acide dans leauAcide :Base :Bilan:( H3O+ , Cl- )(aq) : solutiondacide chlorhydriqueImportant : On note que leproton napparait pas danslEquation Bilan car il estchang.HCl(g)H2O +.. + + Cl-H3O+ + .Il y a transfert dun proton entre lacide HCl et la base H2O.Ecrire lquation bilan de la dissolution de CH3COOH dans leau.CH3COOH + H2O.. +En gnral :AH+H2Obase 2A-Base1+H3O+acide 2Acide 1

Exemple : Dissolution dune base dans leauEcrire la dissolution de lammoniac dans leauBase :Acide : Le proton H+ cd par leauest rcupr par unemolcule dammoniac.NH3 +H2O+ .Bilan : +... + ..Ecrire lquation bilan de la dissolution de lthanoate desodium CH3COO- Na+ dans leau.CH3COO- +H2O + ..si le couple est not (BH+ / B)B + H2OBH+ + HO-En gnral : Si le couple acide-base est not (AH/A- )A- +Base 1H2Oacide 2AH+HO-base 2Acide 1Sren Srensen (1868 -1939),3pH DUNE SOLUTION AQUEUSE Srensen introduisit le concept du potentiel hydrogne (pH) en1909.Leau pure contient des ions oxonium H3O+ et des ions hydroxydesHO- . en quantit gales.chimiste danois.Suivant que lon rajoute un acide (qui va amener des ions H3O+) ouune base (qui va consommer des ions H3O+) dans leau , laconcentration [H3O+ ] va ou .3.1) Dfinition du pHDfinition : Le caractre acide, basique ou neutre dune solutionLa fonction Log extrait la puissance nde 10n .Log 10n = nAttention :[ H3O+ ] sexprime en mol/L.est li aux concentrations en ions H3O+ (en mol.L-1).Le chimiste danois Sorensen a dfini une chelle daciditpratique : chelle des pH ou chelle logarithmique . Cette chellepermet de pallier les difficults pour reprsenter[ H3O+ ]qui varie dans de trs larges proportions (cf figure ci-dessous).pH = - log [H3O+]ou [H3O+] = 10-pH

3.2) Acidit ou basicit dune solutionUne solution aqueuse est dite :-acide : si [ H3O+ ] . [HO- ] alors pH . 7-basique : si [ H3O+ ] .. [HO- ] alors pH . 7-neutre : si [ H3O+ ] ..[HO- ] alors pH . 7Echelle pH Quiz : Ordonne les 3 solutions ci-dessous de la plus acide la plusbasique.3.3) Mesure du pHLe pH dune solution aqueuse peut tre dtermin laide du papier pH ou laide dun pH-mtre .Le papier pH est un papier imbib dun indicateur universel, sch etconditionn en rouleau.pH-mtre de labosolution tampon : solution dont le pHne varie pas lors dun ajout modr dunacide ou dune base.Le pH-mtre est un .. lectronique reli 2 lectrodes. Laprcision est .. que celle du papier pH. Le pH-mtre doit tretalonn laide de 2 .3.4)Exemples de CalculsOn mesure le pH dun vin. On trouve pH=3.Calculer [ H3O+ ] et [HO- ] . Puis comparer ces valeurs.Rappel :Le produit ionique Ke est dfini par :Ke =[H3 O ] [HO ] = 10+--14[ H3O+ ] = .En utilisant Ke: [HO- ] = ..(solution )On note que [ H3O+ ] .. [HO- ]On a prpar une solution de soude tel que [HO- ] = 10-4 mol.L-1 .Calculer [ H3O+ ] . Puis en dduire le pH[H3O+ ] = ..pH= (pour sexercer voir TD Acides-Bases : Exercice 3

4FORCE DES ACIDES ET DES BASES4.1) Acide fort :Un acide fort est un acide qui se dissocie totalement dans leau, c'est--dire quil libre tous les protons quil est susceptible de produire dansleau. Lionisation est de 100 %.La raction est totale. Elle est symbolise par On dissout 0,0100 mol de HCl(g) dans 1L deau : CA =0,01 mol.L-1On mesure : pH = 2 . Montrer que HCl est un acide fortAprs dissolution : [ H3O+ ] =HClPoint BAC :montrer quun acide est forton montre : [H3O ] = CoupH = - log C+Ionisation de 100%+ H2OCl-+H3O+initial (mol)final (mol)4.2) Acide faible :Un acide faible est un acide qui se dissocie partiellement dans leau,c'est--dire quil ne libre pas tous les protons quil est susceptiblede produire dans leau.. Lionisation est infrieure 100%.La raction nest pas totale ; on a un quilibre chimique symbolis par ladouble flche On dissout 0,0100 mol de HF(g) dans 1L deau : CA=0,01 mol.L-1On mesure : pH = 2,6 . Montrer que HF est un acide faibleAprs dissolution :HFIonisation de 25%Point BAC :montrer quun acide est faibleon montre : [H3O+ ] < CoupH > - log C On dissout 0,0100 mol de HCOOH(L) dans 1L deau : CA=0,01 mol.L-1On mesure : pH = 2,9 Montrer que HCOOH est un acide faibleAprs dissolution :[ H3O+ ] =+ H2OCH3COO-+ H3O+initial (mol)final (mol)[ H3O+ ] =+ H2OF-+H3O+CH3COOHinitial (mol)final (mol)

On dissout 0,01 mol de CH3COOH(L) dans 1L deau :CA=0,01 mol.L-1On mesure : pH = 3,40.Montrer que CH3COOH est un acide faibleAprs dissolution :[ H3O+ ] =+ H2OCH3COO-+ H3O+CH3COOHinitial (mol)final (mol)4.3) Base forte :Une base forte est ragit totalement avec leau On dissout 0,01 mol de (NaOH )(s) dans 1 L deau : CB=0,01 mol.L-1On mesure un pH=12 Montrer que NaOH est un base forteAprs dissolution : [ H3O+ ] =[ HO- ] =Ionisation de 100%Point BAC :montrer quune base est forteon montre :ou[HO-] = CpH = 14 + log C4.4) Base faible :Une base faible ragit partiellement avec leau.initial (mol)final (mol)OH-+ H2OH2O+ OH- On dissout 0,01 mol dammoniac NH3 (g) dans 1L deau : CB=0,01 mol.L-1On mesure un pH=10,6 Montrer que NH3 est un base faibleAprs dissolution :[H3O+ ] =[ HO- ] =Ionisation de 4%Point BAC :montrer quune base est faibleon montre :ou[HO-] < CpH < 14 + log Cinitial (mol)final(mol)NH3+ H2ONH4++ OH-

4.5) La constante daciditOn souhaite comparer la force des acides faibles, c'est--dire leurcapacit se dissocier plus ou moins dans leau.raction dun acide dansleau :AH + H2OUn couple acide/base est caractris lquilibre par une constante sansunit, appele constante dacidit et note KaElle est dfinie par :A- + H3O+.Ka =[A- ][H3O+][AH].calculer les constantes Ka pour les acides, HF, HCOOH, CH3COOHHF :AcideHClHFHCOOHCH3COOHBaseCl-F-COO-CH3COO-Ka =Ka =KaHCOOH:CH3COOH: Ka =Plus Ka est grand, plus lacide de dissocie facilement dans leauSi Ka est trs grand devant 1 : lacideest fort (totalement dissoci)4.6) Echelle des pKaLes constantes d acidit des couple acide/base prennent des valeursdont les ordres de grandeur sont trs diffrents, cest pourquoi onprfre utiliser une chelle logarithmique pour les comparer. On dfinitalors :pKa = Kaet Ka = 10AcideHClHFHCOOHCH3COOHBaseCl-F-COO-CH3COO-pKaHF :calculer les pKa pour les acides : HF , HCOOH , CH3COOHpKa =pKa =HCOOH:CH3COOH:pKa =Si pKa est ngatif : lacide est fort(totalement dissoci)Plus pKa est grand, moins lacide se dissocie dans leau

4.7) Domaine de prdominance-si [AH] > [A-] alors pH < pKa. La forme acide AH prdomine-si [A-] = [AH] alors pH = pKa. Aucune forme ne prdomine.On a une solution tampon-si [A-] > [AH] alors pH > pKa . La forme basique A- prdomine4.8) Applications aux acides aminsLes proprits acido-basiques dun acide amin sont dues au :Reprsentationusuelle dun acideaminR : chainecarbone- groupe : -COOH(couple COOH / -COO- , pKa1 )- groupe : NH2(couple NH3+ / -NH2 , pKa2 )Le diagramme de prdominance dun acide amin est obtenu parsuperposition des diagrammes des 2 couples.On note que la reprsentation usuelle nest jamais prsente ensolution aqueuse quelque soit le pH.Diagramme de prdominance dun acide amin. La leucine est lacide amin dont la chaine latrale est legroupe R : -CH2CH(CH3)2.pKa1 =2,4 et pKa2 =9,6Ecrire les formules semi-dveloppe de lespce prdominantedans les cas suivants : pH=1pH=7L lectrophorse est une technique qui permet lasparation des acides amins. Elle exploite leurdiffrence de charge lectrique en fonction du pH. Ellepermet de sparer aussi des fragments dADN.Une application de ce diagramme est llectrophorse

FICHE RSUMEau : raction autoprotolyse : H2O + H2OH3O+ + HO-(ions oxonium et hydroxydes)Produit ionique de leau Ke = [H3O+ ] [HO-] = 10-14 (valable pour toute solution aqueuse)Acide : cde un/des ion(s) H+Base : capte un/des ion(s) H+pH : potentiel HydrognepH = - log [H3O+]ou [H3O+] = 10pHavec [H3O+] en mol.L-1Acide fort : il se dissocie totalement dans leauAH + H2O A- + H3O+ (raction totale)Acide faible : il se dissocie partiellement dans leauAH + H2OA- + H3O+ (quilibre chimique)Vrifier que : [H3O+] = C ou pH=-log CVrifier que : [H3O+ ] < C ou pH > - log CBase forte : elle se dissocie totalement dans leauVrifier que : [HO-] = CoupH= 14 + log CBase Faible :elle se dissocie partiellement dans leauVrifier que : [HO ] < C ou pH < 14 + log C-Couple Acide/Base conjugue :Constante dacidit :AH/A-etpKa = Ka et Ka = 10 [A- ][H3O+]Ka = [AH]Plus un acide est fort, plus Ka est grand et le pKa est petitDiagramme de prdominance de AH/ADiagramme de prdominance dun Acide Amin