Définitions des acides et des bases
et rôle de leau
Propriétés des acides et des bases selon Boyle
En 1661, Robert Boyle a résumé les propriétés des acides comme suit.
1. Les acides ont un goût amer.
2. Les acides sont corrosifs.
3. Les acides changent la couleur de certains colorants végétaux, tels que le nitmus, du bleu au rouge.
4. Les acides perdent leur acidité lorsquils sont combinés avec des alcalins.
Le nom «acide» vient du latin acidus, qui signifie «aigre», et se réfère à lodeur forte et au goût prononcé de nombreux acides.
Exemples: Le vinaigre a un goût aigre car il sagit dune solution diluée dacide acétique dans leau. Le jus de citron a un goût aigre car il contient de lacide citrique. Le lait devient aigre quand il se gâte en raison de la formation dacide lactique, et lodeur désagréable et aigre de la viande pourrie ou du beurre peut être attribuée à des composés tels que lacide butyrique qui se forment lorsque la graisse se gâte.
En 1661, Boyle a résumé les propriétés des alcalis comme suit.
- Les alcalins sont glissants.
- Les alcalins changent la couleur du tournesol du rouge au bleu.
- Les alcalins deviennent moins alcalins lorsquils sont combinés avec acides.
En substance, Boyle a défini les alcalis comme des substances qui consomment ou neutralisent les acides. Les acides perdent leur goût aigre caractéristique et leur capacité à dissoudre les métaux lorsquils sont mélangés avec des alcalis. Finalement, les alcalis sont devenus connus comme bases parce quils servent de « base » pour la fabrication de certains sels.
La définition dArrhenius des acides et des bases
En 1884, Svante Arrhenius a suggéré que les sels tels que NaCld se dissocient lorsquils se dissolvent dans leau pour donner des particules appelées ions.
| H2O | ||
| NaCl (s) |  |
Na + (aq) + Cl- (aq) |
Trois ans plus tard, Arrhenius a étendu cette théorie en suggérant que les acides sont des composés neutres qui sionisent lorsquils se dissolvent dans leau pour donner des ions H + et un ion négatif correspondant. Selon sa théorie, le chlorure dhydrogène est un anacide car il sionise lorsquil se dissout dans leau pour donner des ions hydrogène (H +) et chlorure (Cl-) comme illustré dans la figure ci-dessous.
| H2O | ||
| HCl (g) | |
H + (aq) + Cl- (aq) |
Arrhenius a soutenu que les bases sont des composés neutres qui se dissocient ou sionisent dans leau pour donner des ions OH- et un ion positif. NaOH est une base dArrhenius car il se dissocie dans leau pour donner les ions hydroxyde (OH-) et sodium (Na +).
| H2O | ||
| NaOH (s) | |
Na + (aq) + OH- (aq) |
Un acide dArrhenius est donc toute substance qui sionise lorsquelle se dissout dans leau pour donner lion H +, ou hydrogène.
Une base dArrhenius est toute substance qui donne lion OH-, ou hydroxyde, lorsquelle se dissout dans leau.
Les acides dArrhenius comprennent des composés tels que HCl, HCN et H2SO4 qui sionisent dans leau pour donner lion H +. Les bases darrhenius incluent des composés ioniques qui contiennent lion OH, tels que NaOH, KOH et Ca (OH) 2.
Cette théorie explique pourquoi les acides ont des propriétés similaires: Les propriétés caractéristiques des acides résultent de la présence du H + ion généré lors de la dissolution dun acide dans leau, explique également pourquoi les acides neutralisent les bases et vice versa. Les acides fournissent lion H +; les bases fournissent lion OH; et ces ions se combinent pour former de leau.
H + (aq) + OH- (aq) H2O (l)
La théorie dArrhenius présente plusieurs inconvénients .
- Il ne peut être appliqué quaux réactions qui se produisent dans leau car il définit les acides et les bases en termes de ce qui se passe lorsque les composés se dissolvent dans leau.
- Cela ne » expliquent pourquoi certains composés dans lesquels lhydrogène a un indice doxydation de +1 (comme le HCl) se dissolvent dans leau pour donner des solutions acides, alors que dautres (comme le CH4) ne le font pas.
- Seuls les composés contenant lion OH- peuvent être classés comme bases dArrhenius. La théorie dArrhenius ne peut « t expliquer pourquoi dautres composés (comme Na2CO3) ont les propriétés caractéristiques des bases.
Le rôle des ions H + et OH dans la chimie des solutions aqueuses
Becuase oxygène (EN = 3,44) est beaucoup plus électronégatif que lhydrogène (EN = 2,20), les électrons dans les HObonds dans leau sont « t partagé également par les atomes dhydrogène et doxygène. Ces électrons sont attirés vers latome doxygène au centre de la molécule et loin des atomes dhydrogène à chaque extrémité. En conséquence, la molécule deau est polaire. Loxygèneatome porte une charge partielle négative (-) et les atomes dhydrogène portent une charge partielle positive (+).
Lorsquils se dissocient en forme des ions, les molécules deau forment donc un ion H + chargé positivement et un ion OH- chargé négativement.
La réaction inverse peut également se produire. Les ions H + peuvent se combiner avec les ions OH- pour former des molécules deau neutres.
Le fait que les molécules deau se dissocient pour former des ions H + et OH-, qui peuvent ensuite se recombiner pour former des molécules deau, est indiqué par léquation suivante.
Dans quelle mesure leau se dissocie-t-elle pour former des ions?
À 25 ° C, la densité de leau est de 0,9971 g / cm3, soit 0,9971 g / mL. La concentration en eau est donc de 55,35 molaires.
La concentration des ions H + et OH- formés par la dissociation de molécules H2O neutres à cette température est seulement 1,0 x 10-7 mol / L. Le rapport de la concentration de lion H + (ou OH-) à la concentration des molécules neutres H2O est donc 1,8 x 10-9.
En dautres termes, seulement environ 2 parties par milliard (ppb) des molécules deau se dissocient en ions à température ambiante. La figure ci-dessous montre un modèle de 20 molécules deau, dont lune sest dissociée pour former une paire dions H + et OH. Si cette illustration était une photographie à très haute résolution de la structure de leau, nous rencontrerions une paire dions H + etOH- en moyenne une seule fois pour 25 millions de ces photographies.
La définition opérationnelle des acides et Bases
Le fait que leau se dissocie pour former des ions H + et OH dans une réaction réversible est à la base dune définition opérationnelle des acides et des bases plus puissante que les définitions proposées par Arrhenius. Dans un sens opérationnel, un acide est toute substance qui augmente la concentration de lion H + lorsquil se dissout dans leau. Une base est toute substance qui augmente la concentration de lion OH- lorsquelle se dissout dans leau.
Ces définitions lient la théorie des acides et des bases à un simple test de laboratoire pour les acides et les bases. Pour décider si un composé est un acide ou une base, nous le dissolvons dans leau et testons la solution pour voir si la concentration en ions H + ou OH a augmenté.
Acides et bases typiques
Les propriétés des acides et des bases résultent de différences entre la chimie des métaux et les non-métaux, comme on peut le voir dans la chimie de ces classes de composés: hydrogène, oxydes et hydroxydes.
Les composés qui contiennent de lhydrogène lié à un non-métal sont appelés hydrures non métalliques. Parce quils contiennent de lhydrogène à létat doxydation + 1, ces composés peuvent agir comme une source de lion H + dans leau.
Les hydrures métalliques, en revanche, contiennent de lhydrogène lié à un métal. Parce que ces composés contiennent de lhydrogène à létat doxydation a-1, ils se dissocient dans leau pour donner lion H- (ou hydrure).
Lion H-, avec sa paire délectrons de valence, peut extraire un ion H + dune molécule deau.
Puisque lélimination des ions H + des molécules deau est un moyen daugmenter la concentration en ions OH- dans une solution, les hydrures métalliques sont des bases.
Un modèle similaire peut être trouvé dans la chimie des oxydes formés par les métaux et les non-métaux. Les oxydes non métalliques dissolvent leau pour former des acides. Le CO2 se dissout dans leau pour donner de lacide carbonique, le SO3 donne de lacide sulfurique et le P4O10 réagit avec leau pour donner de lacide phosphorique.
Oxydes métalliques , dautre part, sont des bases. Les oxydes métalliques contiennent formellement lion O2-, qui réagit avec leau pour donner une paire dions OH-.
Les oxydes métalliques correspondent donc à la définition opérationnelle de abase.
Nous voyons le même schéma dans la chimie des composés qui contiennent le 
OH, ou hydroxyde, groupe. Les hydroxydes métalliques, tels que LiOH, NaOH, KOH et Ca (OH) 2, sont des bases.
Hydroxydes non métalliques, comme lacide hypochloreux (HOCl), sont des acides.
Le tableau ci-dessous résume les tendances observées dans ces trois catégories de composés. Les hydrures métalliques, les oxydes métalliques et les hydroxydes métalliques sont des bases. Les hydrures non métalliques, les oxydes non métalliques et les hydroxydes non métalliques sont des acides.
Acides et bases typiques
Les atomes dhydrogène acides dans les hydroxydes non métalliques du tableau ci-dessus ne sont pas liés à lazote, atomes de soufre ou de phosphore. Dans chacun de ces composés, lhydrogène acide est lié à un atome doxygène. Ces composés sont donc des échantillons doxyacides.
Les structures du squelette de huit oxyacides sont données dans la figure ci-dessous. En règle générale , les acides qui contiennent de loxygène ont des structures de squelette dans lesquelles les hydrogènes acides sont liés aux atomes doxygène.
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EN = 2.5). Par conséquent, les électrons du NaObond ne sont pas partagés également 
| H2O (l) | + | H2O (l) |  |
H3O + (aq) | + OH- (aq) |
| acide | base |
- Les acides réagissent avec leau en donnant un ion H + à une molécule deau neutre pour former lion H3O +.
| HCl (g) | + | H2O (l) | |
H3O + (aq) | + Cl- (aq) | |
| acide | base |
- Les bases réagissent avec leau en acceptant un ion H + dune molécule deau pour former lion OH-.
| NH3 (aq) | + | H2O (l) | |
NH4 + (aq) | + OH- (aq) |
| base | acide |
- Les molécules deau peuvent agir comme intermédiaires dans les réactions acide-base en obtenant des ions H + de lacide
| HCl (g) | + | H2O (l) | |
H3O + (aq) | + Cl- (aq) |
et puis perdre ces ions H + à la base.
| NH3 (aq) | + | H3O + (aq) | |
NH4 + (aq) | + H2O (l) |
Le modèle de Brnsted peut être étendu aux réactions acide-base dans dautres solvants. Par exemple, il y a une petite tendance dans lammoniaque liquide pour quun ion H + soit transféré dune molécule NH3 à une autre pour former les ions NH4 + et NH2.
| 2 NH3 | |
NH4 + | + NH2- |
Par analogie avec la chimie des solutions aqueuses , nous concluons que les acides dans lammoniac liquide comprennent toute source de lion NH4 + et que les bases incluent toute source de lion NH2.
Le modèle de Brnsted peut même être étendu aux réactions qui ne se produisent pas en solution. Un exemple classique de réaction gaz-phaseacide-base est rencontré lorsque des conteneurs ouverts dacide chlorhydrique concentré et dammoniaque sont placés côte à côte . Un nuage blanc de chlorure dammonium se forme rapidement lorsque le gaz HCl qui séchappe dune solution réagit avec le gaz NH3 de lautre.
| HCl (g) | + NH3 (g) | |
NH4Cl (s) |
Cette réaction implique le transfert dun ion H + de HCl à NH3 et est donc une réaction basique acide de Brnsted, même si elle se produit en phase gazeuse.