Si je vous dis "acide", vous allez probablement penser à "soda", "agrume" ou "produit chimique". Certains produits ménagers "agressifs" sont vus par le grand public comme des acides alors qu'ils n'en sont pas.
Dans cet article, je vais donc vous expliquer ce que sont les acides et les bases, et où vous pouvez le trouver au quotidien !
La définition d'Arrhenius
Cette définition a été proposée en 1880 par le Suédois Svante Arrhenius.
- Acide : substance donnant des ions H+ en solution aqueuse.
- Base : substance donnant des ions OH- (hydroxyde) en solution aqueuse.
La définition de Brønsted-Lowry
Cette définition se base sur le transfert d'ions H+. L'ion H+ est un proton, c'est-à-dire un atome d'hydrogène sans électron. Le signe + indique que l'ion a un déficit en électrons.
- Acide : donneur de proton H+.
- Base : accepteur de proton H+
Exemples d'acides de Brønsted-Lowry :
Exemple : réaction de l'acide chlorhydrique avec l'eau.
Autre exemple : réaction de l'ammoniac avec l'eau.
Avec les acides forts, un acide (HA) perd un proton H+ pour devenir la base conjuguée A-.
Inversément, une base réagir avec l'eau pour obtenir un acide conjugué.
La définition de Lewis
La définition de Lewis se base sur les électrons, plus précisément sur les doublets électroniques.
Un acide de Lewis est un accepteur de doublet électronique.
Une base de Lewis est un donneur de doublet électronique.
La force des acides
Les acides ne sont pas seulement défini par leur type (Lewis ou Brønsted-Lowry), ils sont aussi définis par leur force. Avant d'expliquer la notion de force d'un acide, il faut d'abord parler d'une autre notion : l'ionisation.
L'ionisation, c'est le fait d'ajouter ou d'enlever des charges électriques à un atome ou à une molécule, ce qui aboutit à l'obtention d'un ion. En fonction du degré d'ionisation d'une réaction, on peut définir si un acide est un acide fort ou un acide faible. Commençons par les acides forts.
Les acides forts
Les acides forts sont des acides qui s'ionisent complètement. Dans les équations de réactions, cette ionisation complète est indiquée par une flèche simple.
Exemples d'acides forts : HI, HBR, HClO4, HClO3, H2SO4, HNO3.
Exemples de bases fortes : NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2.
Plus un acide est fort, plus il est capable de céder facilement des protons H+. Une constante d'acidité Ka élevée ou un pKa correspondent à un acide fort.
Les acides faibles
Les acides faibles sont des acides qui ne s'ionisent pas complètement. De plus, la réaction est possible dans les deux sens. C'est pour ces raisons qu'on écrit les équations avec deux demi-flèches pour les acides faibles. Cela peut aussi indiquer un état d'équilibre.
La constante d'acidité
Pour exprimer la force d'un acide faible, on utilise la constante d'acidité (Ka), parfois appelée constante d'ionisation. Notons une réaction entre un acide et l'eau.
À partir de cette équation, on peut écrire la constante d'acidité.
| Ka = [H3O+][A-]/[AH] |
|---|
Au numérateur, on a les concentrations des produits, et au dénominateur, les concentrations des réactions. Par convention, on note 1 pour la concentration de l'eau, ce qui explique pourquoi elle n'apparaît pas nécessairement dans l'expression de Ka.
La constante de basicité
De même que pour les acides faibles, on peut définir une constante de basicité (Kb) pour les acides faibles.
À partir de cette équation, on peut écrire la constante de basicité.
| Kb = [BH+][OH-]/[B]** |
|---|
Le pH et le pOH: des moyens d'exprimer l'acidité et la basicité
Le pH (pour potentiel hydrogène) est un moyen d'exprimer l'acidité d'une solution. On l'exprime en fonction du logarithme décimal négatif de la concentration en H3O+.
En général, on mesure le pH des solutions sur une échelle allant de 0 à 14.
- pH < 7 : solution acide.
- pH = 7 (pH neutre) : solution neutre.
- pH > 7 : solution basique.
Le pH peut être mesuré à l'aide de papier-PH, ou plus précisément à l'aide d'un pH-mètre.
Pour exprimer la basicité d'une solution, on peut utiliser le pOH (potentiel hydroxyde).
- pOH < 7 : basique.
- pOH = 7 : neutre.
- pOH > 7 : acide.
Si on connaît le pH, on peut déterminer le pOH et vice-versa.
Cette relation découle de la constante d'équilibre de l'eau (Ke). Cette constante s'exprime en fonction de la concentration en H3O+ et en OH-.
| Ke = [H3O+][OH-] |
|---|
Où trouve-t-on les acides ?
Des acides, vous pouvez en trouver dans l'alimentation, notamment dans les sodas. Dans le Coca-Cola par exemple, on trouve de l'acide phosphorique (H3PO4).
Dans les sodas, on trouve fréquemment un autre acide : l'acide citrique.
Mais pourquoi y a-t-il de l'acide phosphorique (E338) et de l'acide citrique (E330) dans les sodas ? Il y a plusieurs raisons. Si on regarde sur le site de Coca-Cola France, on peut lire que l'acide phosphorique est utilisé comme agent acidifiant pour accentuer les arômes et donner à la boisson son goût acidulé. Ça, c'est pour la partie gustative. Voyons maintenant les raisons physico-chimiques. L'acide phosphorique et l'acide citriques jouent aussi le rôle de régulateurs de pH, ils servent à maintenir l'acidité à un certain niveau. Le Coca-Cola est en fait une émulsion, c'est-à-dire un mélange hétérogène de deux liquides en principe non miscibles, c'est-à-dire deux liquides qui ne se mélangent pas. Auriez-vous envie de boire un soda avec plusieurs phases liquides superposées comme dans une vinaigrette ? Probablement pas. C'est là que l'acide phosphorique intervient en permettant la miscibilité des différentes phases. C'est ce qui permet d'avoir un liquide apparemment homogène et pas un empilement de différents liquides. Avouez que ça serait dégueulasse si on devait boire séparément l'eau, les acides et les sucres dans une canette de soda....
Des acides, il y en a dans l'alimentation, mais il y en a aussi dans votre organisme. Les sucs gastriques de votre estomac sont composés entre autres d'acide chlorhydrique (HCl), de chlorure de potassium (KCl) et de chlorure de sodium (NaCl). Mais attention, ce n'est pas une raison pour boire le contenu d'une bouteille de l'un de ces acides ! Les sucs gastriques sont un mélange assez complexe et ne contiennent pas simplement deux ou trois acides !
Mais si l'estomac contient de l'acide chlorhydrique, pourquoi ne se dissout-il pas ? Tout simplement parce que ses parois sont protégées par un mucus gastrique. Et heureusement, parce que HCl a un pH d'environ 2....
Vous avez des acides dans votre estomac, mais pas seulement. En fait, vous avez des acides dans pratiquement tout votre corps ! Vos cellules contiennent des molécules d'ADN, support des informations génétiques qui définissent ce que vous êtes. Savez-vous ce que veut dire ADN ? Acide désoxyribonucléique. Oui, votre ADN est un acide.
On trouve aussi des acides aminés dans votre organisme et dans l'alimentation. En effet, les protéines sont formées d'acides aminées. Quand vous mangez de la viande, du fromage, des oeufs ou des noix, vous ingérez donc des acides aminés. Certains acides aminés sont naturellement produits par l'organisme, d'autres sont apportés par l'alimentation.
Quelques utilisations d'acides connus
Les acides sont essentiels dans l'industrie chimique. L'acide sulfurique est très utilisé dans l'industrie et dans de nombreux réactions chimiques, par exemple pour des réactions de sulfonation, des réactions de déshydrations d'alcools, pour synthétiser des composés, décaper des métaux ou encore pour catalyser (accélérer) des réactions.
Sources
- "Principes de Chimie : une approche moléculaire", Nivaldo J. Tro, éditions Pearson
- "Principes de Chimie", Atkins, Jones, Laverman, éditions De Boeck
- https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-ionisation-4371/
- https://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Acids_and_Bases/Ionization_Constants/Acid_and_Base_Strength
https://study.com/academy/lesson/bronsted-lowry-base-definition-examples.html
https://masterblend.net/en/cleaning/cleaning-wool-rugs-and-the-mystery-of-ph - https://www.coca-cola-france.fr/faqs/quel-est-le-role-de-l-acide-phosphorique-dans-coca-cola
- http://www.mediachimie.org/sites/default/files/CP_337_12.pdf
- https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9gulateur_alimentaire_de_pH
- https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-emulsion-3304/
- https://www.mayoclinic.org/stomach-and-pyloric-valve/img-20007962
- http://healthyeating.sfgate.com/hcl-acid-stomach-5355.html
- https://www.futura-sciences.com/sante/definitions/medecine-adn-87/
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