Acides et bases de Brønsted-Lowry

Théorie de Brønsted-Lowry sur les acides et les bases

Selon Arrhenius :

• Un acide est une substance qui produit des ions hydrogène en solution.
• Une base est une substance qui produit des ions hydroxyde en solution.

Mais Brønsted et Lowry pensaient tous deux que cette définition était trop étroite. Prends la réaction entre l'ammoniac aqueux et l'acide chlorhydrique, illustrée ci-dessous.

${\mathrm{NH}}_3\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{HCl}\left(\mathrm{aq}\right)\to {\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}\left(\mathrm{aq}\right)$

Tu seras probablement d'accord pour dire qu'il s'agit bien d'une réaction acido-basique. L'acide chlorhydrique se dissocie en solution pour former des ions hydrogène et des ions chlorure, et l'ammoniac réagit avec l'eau pour former des ions ammonium et des ions hydroxyde. Selon la définition d'Arrhenius, il s'agit donc respectivement d'acides et de bases.

$\mathrm{HCl}\to {\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{Cl}}^{-}$

${\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {{\mathrm{NH}}_4}^{+}+{\mathrm{OH}}^{-}$

Cependant, si nous combinions les deux réactifs sous forme gazeuse, la même réaction produisant exactement le même produit ne serait pas considérée comme une réaction acide-base ! C'est parce qu'elle n'est pas en solution. Brønsted et Lowry se sont plutôt concentrés sur la façon dont les acides et les bases réagissent avec d'autres molécules.

Selon la théorie de Brønsted-Lowry :

Cela signifie qu'un acide est toute espèce qui réagit en libérant un proton, tandis qu'une base est une espèce qui réagit en absorbant un proton. Cela correspond toujours à la théorie d'Arrhenius - par exemple, en solution, un acide réagit avec l'eau en lui donnant un proton.

Exemples d'acides et de bases de Brønsted-Lowry

Voici quelques exemples d'acides et de bases de Brønsted-Lowry courants :

Réactions de Acides et bases deBrønsted-Lowry

La théorie de Brønsted-Lowry donne une équation générale pour les réactions entre les acides et les bases :

acide + base ⇌ acide conjugué + base conjuguée.

Un acide de Brønsted-Lowry réagit toujours avec une base de Brønsted-Lowry pour former un acide conjugué et une base conjuguée. Cela signifie que les acides et les bases doivent aller par paires. Une substance donne un proton et l'autre l'accepte. Tu ne trouveras jamais un ion hydrogène, dont tu te souviendras qu'il s'agit d'un proton, tout seul. Cela signifie que tu ne trouveras jamais un acide seul - il réagira toujours avec une sorte de base.

Acides et bases conjugués

Comme tu peux le voir dans l'équation ci-dessus, lorsqu'une paire acide-base réagit, elle produit des substances connues sous le nom d'acides conjugués et de bases conjuguées. Selon la théorie de Brønsted-Lowry :

Voyons cela plus en détail.

Prenons l'équation générale de la réaction d'un acide avec l'eau. Nous représentons l'acide par HX :

$\mathrm{HX}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{X}}^{-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$

Dans la réaction directe, l'acide donne un proton à la molécule d'eau, qui agit donc comme une base. Cela forme un ion ^X- négatif et un ion ^H3O+ positif, comme indiqué ci-dessous.

$\mathrm{HX}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{X}}^{-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$

Mais tu remarqueras que la réaction est réversible. Que se passe-t-il dans la réaction inverse ?

${\mathrm{X}}^{-}+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\to \mathrm{HX}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Cette fois, l'ion positif ^H3O+ donne un proton à l'ion négatif ^X-. L'ion ^H3O+ agit comme un acide et l'ion ^X- comme une base. Par définition, l'ion ^H3O+ est un acide conjugué - il s'est formé lorsqu'une base a gagné un proton. De même, l'ion ^X- est une base conjuguée - il s'est formé lorsqu'un acide a perdu un proton.

En résumé, notre espèce qui se comportait initialement comme un acide s'est transformée en base, et notre espèce basique s'est transformée en acide. Ces combinaisons acide-base sont appelées paires conjuguées. Chaque acide a une base conjuguée, et chaque base a un acide conjugué.

En résumé :

La réaction entre un acide et une base forme une base conjuguée et un acide conjugué. StudySmarter Original

Tu peux aussi examiner cette réaction de l'arrière vers l'avant. Ainsi, ^H3O+ est notre acide original qui donne un proton pour former_H2O, notre base conjuguée, et ^Cl- est une base qui gagne un proton pour former un acide conjugué.

Les acides et bases conjugués se comportent comme n'importe quel autre acide ou base. StudySmarter Original

Regarde l'exemple suivant, la réaction entre l'hydroxyde de sodium (NaOH) et l'acide chlorhydrique (HCl). Ici, l'acide chlorhydrique agit comme un acide en donnant un proton, que l'hydroxyde de sodium accepte. Cela signifie que l'hydroxyde de sodium est une base. Nous formons du chlorure de sodium (NaCl) et de l'eau (_H2O).

$\mathrm{HCl}\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{NaOH}\left(\mathrm{aq}\right)\to \mathrm{NaCl}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)$

Cependant, si cette réaction s'inverse, l'eau donne un proton que le chlorure de sodium accepte. Cela fait de l'eau un acide et du chlorure de sodium une base. Nous avons donc formé deux paires conjuguées :

La réaction entre l'acide chlorhydrique et l'hydroxyde de sodium, ainsi que l'acide et la base conjugués qu'ils forment. StudySmarter Original

En général :Plus un acide ou une base est fort, plus son partenaire conjugué est faible. Cela fonctionne également dans l'autre sens.

Exemples de réactions d'acide et de base Brønsted-Lowry

Maintenant que nous savons ce que sont les acides et les bases de Brønsted-Lowry, nous pouvons passer à l'examen de certaines réactions entre des acides et des bases courants. Toute réaction entre un acide et une base est connue sous le nom de réaction de neutralisation, et elles produisent toutes un sel. La plupart produisent également de l'eau.

Les réactions de neutralisation sont les suivantes :

• Acide + hydroxyde.
• Acide + carbonate.
• Acide + ammoniaque.

Acide + hydroxyde

Les hydroxydes sont un type particulier de base appelé alcali.

En faisant réagir un acide avec un hydroxyde, on obtient un sel et de l'eau. Par exemple, l'acide chlorhydrique et l'hydroxyde de sodium réagissent pour donner du chlorure de sodium et de l'eau. Nous avons étudié cette réaction plus tôt dans l'article :

$\mathrm{HCl}+\mathrm{NaOH}\to \mathrm{NaCl}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Acide + carbonate

Les acides réagissent avec les carbonates pour donner un sel, de l'eau et du dioxyde de carbone. Par exemple, si tu fais réagir de l'acide sulfurique (_H2SO4) avec du carbonate de magnésium (_MgCO3), tu obtiens le sulfate de magnésium (_MgSO4) :

${\mathrm{MgCO}}_3+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\to {\mathrm{MgSO}}_4+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Acide + ammoniaque

La réaction d'un acide avec l'ammoniac (_NH3) donne un sel d'ammonium. Par exemple, nous pouvons faire réagir l'acide éthanoïque (_CH3COOH) avec de l'ammoniaque pour produire de l'éthanoate d'ammonium (^CH3COO-NH4+) :

${\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{NH}}_3\to {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{COO}}^{-}{{\mathrm{NH}}_4}^{+}$

Tu as peut-être remarqué que cette réaction ne ressemble pas à une réaction de neutralisation typique - où est l'eau ? Cependant, si nous examinons la réaction de plus près, nous pouvons voir que de l'eau est en fait produite.

En solution, les molécules d'ammoniac réagissent avec l'eau pour former de l'hydroxyde d'ammonium (_NH4OH). Si nous ajoutons ensuite de l'acide à la solution, les ions d'hydroxyde d'ammonium réagissent avec l'acide pour produire un sel d'ammonium et - tu l'as deviné - de l'eau.

Jette un coup d'œil à l'équation suivante de la réaction entre l'ammoniac et l'acide chlorhydrique. Elle comporte deux étapes :

${\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{NH}}_4\mathrm{OH}$

${\mathrm{NH}}_4\mathrm{OH}+\mathrm{HCl}\to {\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

La deuxième étape produit de l'eau, comme tu peux clairement le voir. Si nous combinons les deux équations, les molécules d'eau s'annulent et nous obtenons ce qui suit :

${\mathrm{NH}}_3+\mathrm{HCl}\to {\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}$

La même chose se produit avec l'acide éthanoïque au lieu de l'acide chlorhydrique.