Introduction aux acides et aux bases

Introduction de base aux acides et aux bases

Commençons notre introduction aux acides, aux bases et aux sels en parlant de la définition des acides et des bases. Il existe différentes définitions associées aux acides et aux bases, et chacune de ces définitions provient de chimistes différents.

Commençons par la définition d'Arrhenius des acides et des bases.

L'acide chlorhydrique (dont la formule est HCl), par exemple, est un acide d'Arrhenius car, dans l'eau, il se sépare en ses ions individuels, ce qui augmente la concentration de ^H+ dans l'eau.

$$ \text{HCl } \xrightarrow{\text{ H}_{2}\text{O}} \text{H}^{+} \text{ + Cl}^{-} $$

D'autre part, l'hydroxyde de sodium (NaOH) est considéré comme une base d'Arrhenius car, dans l'eau, il se sépare en OH- ^{et Na+}, ce qui augmente la concentration en ^OH- dans l'eau.

$$ \text{NaOH } \xrightarrow{\text{ H}_{2}\text{O}} \text{Na}^{+} \text{ + OH}^{-} $$

Ensuite, nous avons la définition de Brønsted-Lowry des acides et des bases.

Par exemple, dans une réaction chimique entre l'ammoniac (_NH3) et l'acide chlorhydrique (HCl), HCl donne un ion ^H+ à _NH3 et devient ^Cl-, et _NH3 accepte un ion ^H+ pour devenir ^NH4+.

$$ \mathop{\text{NH}_{3}}_{Base} \text{ + } \mathop{\text{HCl}}_{Acide}\longrightarrow \text{NH}_{4}^{+} \text{ + Cl}^{-} $$

Les acides de Brønsted-Lowry sont regroupés en fonction de la quantité de protons (^H+) qu'ils peuvent donner.

• Lesacides monoprotiques ne peuvent donner qu'un seul proton (^H+). Par exemple, HF, HCl et _HClO3.
• Lesacides diprotiques peuvent donner deux protons. Les acides diprotiques comprennent _H2SO4 et _H2CO3.
• Lesacides triprotiques peuvent donner trois protons. Un exemple courant d'acide triprotique est _H3PO4.

Introduction aux acides, aux bases et aux sels

Maintenant que nous avons appris ce que sont les acides et les bases, parlons des sels! En fait, lorsqu'un acide et une base réagissent ensemble, les produits de la réaction chimique sont le sel et l'eau. La réaction chimique entre les acides et les bases s'appelle une réaction de neutralisation.

La réaction ci-dessous montre un exemple de réaction de neutralisation entre l'acide chlorhydrique (HCl) et l'hydroxyde de sodium (NaOH), formant du sel de table (NaCl) et de l'eau (_H2O).

$$ \mathop{\text{NaOH}}_{Base} \text{ + } \mathop{\text{HCl}}_{Acide}\longrightarrow \text{NaCl}\text{ + H}_{2}\text{O} $$

Le bicarbonate de soude (_NaHCO3) et la poudre à blanchir (_CaOCl2) sont des exemples de sels courants.

Introduction aux concepts d'acide et de base

Lorsque nous abordons l'introduction aux acides et aux bases, nous devons explorer certains concepts importants. L'un d'entre eux est la force de l'acide et de la base . La force des acides et des bases est basée sur la facilité avec laquelle les acides et les bases remplissent leurs rôles respectifs.

La force d'un acide dépend de sa capacité à se dissocier et à former des protons (ions ^H+ ) dans l'eau. Cela signifie qu'un acide fort cède plus facilement un proton qu'un acide faible, et qu'une base forte accepte plus facilement un proton qu'une base faible.

• Lesacides forts se dissocient complètement et produisent presque 100 % d'ions ^H+ dans l'eau, tandis que les acides faibles se dissocient partiellement dans_H2Oet ne produisent pas autant de protons.

$$ \text{HA}_{(aq)} \text{ + H}_{2}\text{O}_{(l)}\longrightarrow \text{H}^{+}_{(aq)} \text{ + A}^{-}_{(aq)} $$

Qu'arrive-t-il à l'acide fort après qu'il ait cédé son proton ? Parce qu'il veut éviter d'accepter le proton en retour, il devient une base faible ! C'est une tendance que l'on observe chez tous les acides et bases forts : ils forment une variante faible de leur opposé une fois qu'ils ont réagi dans le cadre d'une réaction acide-base. Nous appelons ces variantes des conjugués. Les acides forts donnent un proton et deviennent une base conjuguée faible. Les acides faibles donnent un proton et deviennent des bases conjuguées fortes.

De même, la force d'une base dépend de sa capacité à se dissocier dans l'eau et à produire des ions hydroxyde (^OH-). Les bases fortes acceptent un proton et deviennent des acides conjugués faibles. Les bases faibles acceptent un proton et deviennent des acides conjugués forts.

Voyons un exemple qui le démontre ! Dans la réaction chimique ci-dessous, HCl donne un ^H+ à la base faible (_H2O) et devient une base conjuguée, tandis que la base faible (_H2O) accepte un proton de HCl et devient un acide conjugué.

$$ \mathop{\text{HCl}}_{\text{Acide fort}} \text{ + } \mathop{\text{H}_{2}\text{O}}_{text{Base faible}\longrightarrow \mathop{\text{Cl}^{-}}_{\text{Base faible conjuguée}} \text{ + } \mathop{\text{H}_{3}\text{O}^{+}}_{\text{Strong conjugate acid}} $$

Pour l'AP Chemistry, tu dois te familiariser avec lesacides forts et les bases fortes suivants (tableau 1).

Tableau 1. Acides forts et bases fortes.

Le deuxième concept que nous devons garder à l'esprit est le pH et l'échelle de pH.

La figure 1 montre l'échelle de pH. L'échelle de pH est utilisée par les chimistes pour mesurer la tendance des molécules à être acides ou basiques. À gauche, on trouve la qualité "acide" et à droite, la qualité "basique". L'échelle de pH va de 0 à 14, zéro étant extrêmement acide, 14 étant extrêmement basique et 7 représentant une solution neutre.

Figure 1. Échelle de pH, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

Par exemple, l'eau (_H2O) a un pH de 7, nous savons donc qu'elle est neutre. Le café noir, par contre, a un pH de 5, ce qui signifie qu'il s'agit d'un acide faible. Le bicarbonate de soude, avec un pH d'environ 9,5, est considéré comme une base faible !

Lorsque l'on ajoute une base forte à un acide fort, les ions ^OH- récemment ajoutés réagissent avec les ions ^H+ dissociés de l'acide fort, ce qui modifie la concentration des ions ^H+ dans la solution et entraîne une modification du pH !

Cependant, si tu ajoutes une base forte à un acide faible, le pH ne subira pas de changements majeurs car la base forte réagira surtout avec les molécules d'AH qui ne se sont pas dissociées avec ses ions.

Introduction au titrage des acides et des bases

Maintenant, faisons une introduction au titrage des acides et des bases, et explorons les concepts de base qui s'y rapportent.

Cela signifie que si nous voulons déterminer la concentration inconnue d'un acide , nous devons utiliser une base dont la concentration est connue et l'ajouter lentement à l'acide jusqu'à ce que le mélange soit neutralisé. Si nous connaissons la quantité exacte de base que nous avons ajoutée, ainsi que sa concentration , nous pouvons déduire la concentration inconnue de l'acide !

La figure 2 montre la configuration de laboratoire couramment utilisée pour les titrages acide/base . La solution de concentration inconnue est généralement placée dans une fiole et quelques gouttes d'un indicateur y sont ajoutées. La solution de concentration connue est placée dans la burette et ajoutée goutte à goutte à l'échantillon dans le flacon jusqu'à ce que la solution change de couleur.

Équilibre entre les fluides, les électrolytes et les acides et bases Introduction aux fluides corporels

Pour finir, explorons les fluides, les électrolytes et l'équilibre acido-basique de l'homéostasie . Bien que ce sujet soit plus important en biologie et que tu ne le rencontreras probablement pas dans ton examen de chimie, c'est un sujet très important !

Dans le corps d'un adulte moyen, il y a en moyenne 40 L de fluides corporels (figure 3). Le liquide intracellulaire est le liquide qui se trouve à l'intérieur des cellules du corps, et il se compose principalement d'eau et d'électrolytes comme le potassium (^K+), le magnésium (^Mg2+) et l'^HPO42-. Le liquide extracellulaire se trouve à l'extérieur des cellules du corps et contient des électrolytes tels que ^Na+, ^Cl-, ^HCO3- et ^Ca2+.

L'une des nombreuses fonctions des électrolytes est d'aider à maintenir l'équilibre acido-basique dans l'homéostasie. Dans ce cas, lesacides sont considérés comme des électrolytes qui libèrent des ions ^H+ dans l'eau, tandis que lesbases sont des électrolytes qui libèrent des ions ^OH- dans l'eau.

Si tu comprends les concepts abordés dans cette explication, tu auras des bases vraiment solides qui t'aideront pendant l'épreuve de chimie de l'AP et aussi dans les cours de chimie de niveau supérieur !