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Chimie
Cours : Chimie > Chapitre 10
Leçon 1: Acides, bases et pH- Acides et bases d’Arrhenius
- Acides et bases d’Arrhenius
- pH, pOH et échelle de pH
- Théorie de Brønsted-Lowry des acides et des bases
- Définition de Brønsted-Lowry des acides et des bases
- Autoprotolyse de l'eau
- Autoprotolyse de l'eau et Ke
- Définition du pH
- Solutions d'acides forts
- Solutions de bases fortes
- Force des acides HX : taille de l'ion halogénure et énergie de liaison
- Reconnaître des acides forts et des acides faibles
- Reconnaître des bases fortes et des bases faibles
Acides et bases d’Arrhenius
Définition d’Arrhenius des acides, des bases et des réactions acido-basiques
Points clés
- Un acide selon Arrhenius est une espèce qui augmente la concentration des ions
en solution aqueuse. - Une base selon Arrhenius est une espèce qui augmente la concentration des ions
en solution aqueuse. - En solution aqueuse, les ions
réagissent immédiatement avec les molécules d'eau pour former les ions hydronium, . - Dans une réaction acido-basique ou réaction de neutralisation, un acide et une base d'Arrhenius réagissent habituellement pour former de l'eau et un sel.
Introduction
Du vinaigre de cuisine au savon pour la douche, les acides et les bases sont partout ! Mais que veut-on dire quand on dit qu'une substance est acide ou basique ? Pour répondre à cette question, on va étudier quelques unes des théories qui décrivent les acides et les bases. Dans cet article, on étudie la théorie d'Arrhenius.
Acides d'Arrhenius
La théorie d’Arrhenius des acides et des bases a été initialement proposée par le chimiste suédois Svante Arrhenius en 1884. Il a proposé de classer certains composés comme acides ou bases selon le type d’ions formés lorsque le composé est ajouté à l’eau.
Un acide d’Arrhenius est toute espèce qui augmente la concentration des ions — ou protons — en solution aqueuse. Par exemple, regardons de plus près la réaction de dissociation du chlorure d'hydrogène, , dans l’eau :
Lorsqu'on prépare une solution aqueuse d’acide chlorhydrique, se dissocie en ions et . Puisque cela se traduit par une augmentation de la concentration en ions en solution, l’acide chlorhydrique est un acide d’Arrhenius.
Ions hydrogène (protons) ou ions hydronium ?
Lorsqu'on prépare une solution aqueuse à 2 mol/L d’acide bromhydrique, , qui est un acide d’Arrhenius, a-t-on de en solution ?
En fait, non. Dans la pratique, les protons chargés positivement réagissent avec les molécules d’eau environnantes pour donner des ions hydronium, . L'équation bilan de la réaction est la suivante :
Même si on écrit souvent les réactions de dissociation d'acides en montrant la formation de , il n’y a aucun ion libre en solution aqueuse. Au lieu de cela, il y a principalement des ions , qui se forment immédiatement dès qu'un acide se dissocie dans l’eau. L’image suivante illustre la formation des ions hydronium à partir de l’eau et des ions hydrogène à l’aide des modèles moléculaires :
Dans la pratique, la plupart des chimistes parlent indifféremment de la concentration en ou de la concentration en . Quand on veut être plus précis — et moins paresseux ! — on écrit la dissociation de l’acide bromhydrique en montrant explicitement la formation des ions hydronium et non celle des protons :
En général, les deux façons d'écrire sont acceptables pour montrer la dissociation d’un acide d’Arrhenius.
Bases d'Arrhenius
Une base d’Arrhénius est définie comme toute espèce qui augmente la concentration en ions hydroxyde, , en solution aqueuse. Un exemple de base d’Arrhenius est l’hydroxyde de sodium très soluble, . L'hydroxyde de sodium se dissocie dans l’eau comme suit :
Dans l'eau, l'hydroxyde de sodium se dissocie entièrement pour former des ions et , entraînant une augmentation de la concentration des ions hydroxyde. Donc, est une base d'Arrhenius. Les bases d'Arrhenius courantes incluent les hydroxydes de cations issus des deux premières colonnes de la classification périodique comme par exemple et .
Certains manuels et certains enseignants ne classent pas les bases qui ne comportent pas d'hydroxyde parmi les bases d'Arrhenius. Leur définition des bases d'Arrhenius est plus restrictive : c'est une substance qui non seulement accroît la concentration en ions en solution aqueuse, mais en plus qui contient au moins une unité de dans la formule chimique. Même si cela ne change pas la classification des hydroxydes de cations des deux premières colonnes de la classification périodique des éléments, cela peut devenir un peu troublant avec des composés comme la méthylamine, .
Lorsque la méthylamine est ajoutée à l’eau, la réaction suivante se produit :
Selon la première définition, la méthylamine serait une base d'Arrhenius puisque la concentration en ions augmente dans la solution. Selon la seconde définition, cependant, elle n'est pas considérée comme une base d'Arrhenius puisque la formule chimique ne contient pas d'hydroxyde.
Réactions acido-basiques : Acide d'Arrhenius + base d'Arrhenius = eau + sel
Lorsqu’un acide d’Arrhenius réagit avec une base d’Arrhénius, les produits sont généralement de l'eau et un sel. Ces réactions sont parfois appelées réactions de neutralisation. Par exemple, que se passe-t-il lorsqu'on mélange une solution aqueuse d’hydroxyde de lithium, , et une solution aqueuse d’acide fluorhydrique, ?
Si on considère séparément la solution d’acide et la solution de base, on sait que :
- Un acide d'Arrhenius augmente la concentration en ions
:
- Une base d'Arrhenius augmente la concentration en ions
:
Quand l'acide et la base sont mélangés en solution, est produit par la réaction entre les ions hydrogène et les ions hydroxyde, tandis que les autres ions forment le sel :
En ajoutant les équations bilans de la formation d'eau et de la formation de sel, on obtient la réaction de neutralisation entre l'acide fluorhydrique et l'hydroxyde de lithium :
Limites de la définition d’Arrhenius
La théorie d’Arrhenius est limitée car elle ne décrit que la chimie des acides et des bases en solution aqueuse. Cependant, des réactions semblables peuvent également se produire dans des solvants non aqueux, ainsi qu’entre des molécules en phase gazeuse. En conséquence, les chimistes modernes préfèrent généralement la théorie de Brønsted-Lowry, qui est applicable à un plus large éventail de réactions chimiques. La théorie de Brønsted-Lowry des acides et des bases sera discutée dans un article séparé !
À retenir
- Un acide d'Arrhenius est une espèce qui augmente la concentration en ions
en solution aqueuse. - Une base d'Arrhenius est une espèce qui augmente la concentration en ions
en solution aqueuse. - En solution aqueuse, les ions
réagissent immédiatement avec les molécules d'eau pour former les ions hydroniums, . - Dans une réaction acido-basique ou réaction de neutralisation, un acide et une base d'Arrhenius réagissent pour former, en général, de l'eau et un sel.
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