Chimie : réactions acide-base

Chimie : réactions acide-base

Introduction

Les réactions acide-base sont des échanges de protons H⁺. Elles régissent le pH des solutions, les équilibres biochimiques et de nombreux procédés industriels.

I. Théorie de Brønsted-Lowry

• Acide : espèce capable de céder un proton H⁺.
• Base : espèce capable d'accepter un proton H⁺.

À chaque acide correspond une base conjuguée :

$AH \rightleftharpoons A^- + H^+$

Exemples : couple $CH_3COOH / CH_3COO^-$ (acide éthanoïque / éthanoate).

II. Le pH

$\mathrm{pH} = -\log_{10}[H_3O^+]$

• Acide : pH < 7.
• Neutre : pH = 7 (à 25 °C).
• Basique : pH > 7.

Produit ionique de l'eau : $K_e = [H_3O^+][HO^-] = 10^{-14}$ à 25 °C, donc pH + pOH = 14.

III. Force des acides et des bases

Constante d'acidité :

$K_a = \frac{[A^-][H_3O^+]}{[AH]}, \quad \mathrm{p}K_a = -\log K_a$

• Acide fort : totalement dissocié (HCl, HNO₃, H₂SO₄).
• Acide faible : dissociation partielle (CH₃COOH, pKa ≈ 4,8).
• Plus le $\mathrm{p}K_a$ est faible, plus l'acide est fort.

Pour un mélange acide/base conjuguée :

$\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log \frac{[A^-]}{[AH]}$

(équation de Henderson-Hasselbalch).

IV. Titrages acide-base

Détermination de la concentration inconnue par ajout progressif d'un réactif titrant. Équivalence : quantités stœchiométriques atteintes.

Suivi par pH-mètre (courbe pH = f(V)) ou indicateur coloré (BBT, phénolphtaléine, hélianthine) dont la zone de virage encadre le pH d'équivalence.

V. Solutions tampons

Mélange d'un acide faible et de sa base conjuguée en proportions comparables : le pH varie peu par ajout modéré d'acide ou de base. Rôle essentiel en biologie (sang tamponné à pH 7,4 par $HCO_3^- / H_2CO_3$).

VI. Applications

• Chimie analytique : dosages en laboratoire.
• Biochimie : enzymes actives dans une plage de pH.
• Industrie : traitement des eaux, agroalimentaire, pharmacie.
• Environnement : pluies acides, acidification des océans.

Conclusion

Les réactions acide-base sont omniprésentes : de la digestion au climat. Leur maîtrise est un pilier de la chimie moderne.