Fiche de révision : Les Bases et Acides de Brönsted

📋 Plan du Cours

1. Théorie de Brönsted
2. Acides de Brönsted
3. Bases de Brönsted
4. Structure des acides et bases
5. Couples acide-base
6. Espèces amphotères
7. Transformation acide-base
8. Écriture des équations
9. Reconnaître une réaction acide-base

📖 1. Théorie de Brönsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brönsted : Un acide de Brönsted est une espèce capable de céder un ion hydrogène H+.
• Base de Brönsted : Une base de Brönsted est une espèce capable de capter un ion hydrogène H+.
• Demi-équation acide-base : Une demi-équation acido-basique traduit soit la cession soit la capture de H+ par un couple acide-base.

📝 Points essentiels

• En 1923, Joannes Brönsted et Thomas Lowry proposent indépendamment la même théorie des acides et des bases.
• Un acide s’écrit comme une cession de H+ : Acide = autre espèce + H+ sous forme de demi-équation.
• Une base s’écrit comme une capture de H+ : Base + H+ = autre espèce sous forme de demi-équation.

💡 Astuce mémo

Acide = donneur de H+, base = preneur de H+.

📖 2. Acides de Brönsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion oxonium : L’ion oxonium H3O+ est un acide de Brönsted car il peut donner un ion H+.
• Ion ammonium : L’ion ammonium NH4+ est un acide de Brönsted car il peut libérer H+ vers une autre espèce.
• Acide carbonique : Le dioxyde de carbone dissous forme de l’acide carbonique H2CO3, qui peut céder H+.
• Acide éthanoïque : L’acide éthanoïque CH3COOH est un acide de Brönsted car il cède H+ pour former son ion carboxylate.

📝 Points essentiels

• Le caractère acide de l’acide chlorhydrique, de l’acide nitrique et de l’acide sulfurique vient seulement de l’ion oxonium H3O+.
• La dissolution de CO2 dans l’eau forme H2CO3, ce qui explique son rôle comme acide de Brönsted.
• Les ions spectateurs peuvent être présents dans une solution mais ne figurent pas dans l’équation qui modélise l’acido-basicité.

💡 Astuce mémo

Oxonium et ammonium : tous deux sont des réservoirs qui cèdent H+.

📖 3. Bases de Brönsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion hydroxyde : L’ion hydroxyde HO− est une base de Brönsted car il peut capter un ion H+ pour former H2O.
• Ammoniac : L’ammoniac NH3 est une base de Brönsted car il peut capter H+ pour former NH4+.
• Eau : L’eau H2O peut jouer le rôle de base de Brönsted en captant H+ pour donner H3O+.
• Ion éthanoate : L’ion éthanoate CH3COO− est une base de Brönsted car il peut capter H+ pour régénérer CH3COOH.

📝 Points essentiels

• Les propriétés basiques des solutions de NaOH ou KOH proviennent uniquement de l’ion hydroxyde HO−.
• Les ions spectateurs n’apparaissent pas dans l’équation modélisant la transformation acide-base.
• Eau, ammoniac et hydroxyde peuvent capter H+ selon la demi-équation correspondante.

💡 Astuce mémo

HO− attrape H+ ; NH3 attrape H+ ; H2O attrape aussi H+ selon le contexte.

📖 4. Structure des acides et bases

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison polarisée O–H ou N–H : Une liaison O–H ou N–H polarisée présente une différence d’électronégativité qui permet une rupture libérant H+.
• Doublets non liants : Des doublets non liants sur un atome d’oxygène ou d’azote peuvent combler la lacune électronique de H+.
• Lacune électronique de H+ : L’ion hydrogène possède une lacune électronique qui favorise la capture par un atome porteur de doublets non liants.
• Base de Brönsted par structure : Une base de Brönsted possède dans sa structure des atomes capables de fournir des doublets non liants pour capter H+.

📝 Points essentiels

• La rupture d’une liaison polarisée entre H et un atome plus électronégatif libère l’ion H+ pour l’acide.
• Dans une base de Brönsted, un atome O ou N portant des doublets non liants peut accueillir H+.
• Le texte relie directement la capacité acide ou basique à la présence d’une liaison polarisée ou de doublets non liants.

💡 Astuce mémo

Acide : liaison O–H/N–H “se casse” ; base : O/N “donne” ses doublets pour H+.

📖 5. Couples acide-base

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation de couple acide-base : Un couple acide-base s’écrit avec la forme acide notée à gauche et la forme basique notée à droite.
• Forme acide AH : La forme acide d’un couple est notée AH et correspond à l’espèce qui peut céder H+.
• Forme basique A− : La forme basique d’un couple est notée A− et correspond à l’espèce qui peut capter H+.
• Couple H2CO3/HCO3− : Le couple carbonique s’écrit H2CO3(aq)/HCO3−(aq) et illustre les deux états acide et basique.

📝 Points essentiels

• La notation n’implique pas que la base A− soit toujours chargée négativement : c’est une écriture de couple.
• Le couple s’interprète en faisant correspondre un transfert de H+ entre formes acide et basique.
• Des exemples de couples incluent H3O+/H2O et NH4+/NH3, ce qui montre la généralité de la notation.

💡 Astuce mémo

Gauche = AH (donne H+), droite = A− (prend H+).

📖 6. Espèces amphotères

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce amphotère : Une espèce amphotère peut se comporter soit comme un acide, soit comme une base selon le partenaire.
• Eau amphotère : L’eau H2O est amphotère car elle est à la fois l’acide conjugué de HO− et la base conjuguée de H3O+.
• Ion hydrogénocarbonate : L’ion hydrogénocarbonate HCO3− est amphotère car il peut jouer le rôle de base conjuguée de H2CO3 et celui d’acide conjugué de CO3^2−.
• Zwitterion : Un zwitterion est une forme amphotère possédant des sites qui correspondent à deux couples acide-base, comme la glycine.

📝 Points essentiels

• H2O est acide conjugué de HO− et base conjuguée de H3O+, donc elle peut céder ou capter H+.
• HCO3− se place comme base avec H2CO3/HCO3− et comme acide avec HCO3−/CO3^2−.
• Les acides α-aminés comme la glycine possèdent une forme amphotère liée à la présence de –NH3+ et –COO−.

💡 Astuce mémo

Amphotère = “deux rôles” : acide conjugué d’un côté, base conjuguée de l’autre.

📖 7. Transformation acide-base

🔑 Notions clés & Définitions

• Transfert de H+ : Une transformation acide-base se modélise par un transfert de l’ion hydrogène H+ d’un acide vers une base.
• Bilan de demi-équations : Le bilan de la réaction s’obtient en additionnant membre à membre deux demi-équations issues des couples en jeu.
• Réaction non totale : Une transformation acide-base peut ne pas aller jusqu’au bout, car la réaction n’est pas toujours totale.
• Espèce amphotère en réaction : Lors d’une réaction avec une espèce amphotère, le sens du transfert dépend de la nature de l’autre réactif.

📝 Points essentiels

• L’équation se construit en écrivant les deux demi-équations du transfert H+ entre le couple donneur et le couple receveur.
• Le bilan peut s’écrire sous la forme A1H + A2− → A1− + A2H lorsque l’acide du couple (1) cède H+ à la base du couple (2).
• En présence d’une espèce amphotère, elle prend le rôle acide ou base imposé par l’autre réactif (base incapable d’accepter plus que H+ ou acide cédant H+).

💡 Astuce mémo

Deux demi-équations → une équation par “addition”. Amphotère suit l’autre : si l’autre capte, elle cède ; si l’autre cède, elle capte.

📖 8. Écriture des équations

🔑 Notions clés & Définitions

• Équation par somme membre à membre : On forme l’équation finale en additionnant les demi-équations correspondant aux couples acide-base mis en jeu.
• Équation directe à partir des couples : On peut écrire directement l’équation en plaçant l’acide et la base qui se transfèrent H+ à partir des couples connus.
• Équation pour couples H2CO3/HO− : La réaction entre H2CO3(aq) et HO−(aq) se traduit par un passage de H+ vers HO− pour former HCO3− et H2O.
• Ion hydrogénocarbonate avec acide citrique : HCO3− peut accepter H+ en présence d’un acide comme C6H8O7, ce qui conduit à H2CO3 et à l’ion correspondant de l’acide citrique.

📝 Points essentiels

• Pour H3O+(aq) et CO3^2−(aq), l’équation donnée est H3O+(aq) + CO3^2−(aq) → H2O(l) + HCO3−(aq).
• Pour H2CO3(aq) et HO−(aq), l’équation écrite est H2CO3(aq) + HO−(aq) → HCO3−(aq) + H2O(l).
• Dans les exercices, il faut écarter les ions spectateurs pour écrire l’équation de la transformation acide-base.

💡 Astuce mémo

Couple à couple : tu alignes les espèces qui échangent H+ et tu élimines les ions spectateurs.

📖 9. Reconnaître une réaction acide-base

🔑 Notions clés & Définitions

• Transfert de H+ comme critère : Une réaction acide-base se reconnaît au transfert d’ion hydrogène H+ entre deux espèces.
• Couleur indicatrice pH : Un indicateur coloré comme le BBT signale un changement de pH, donc une modification de la teneur en ions H3O+.
• Lien pH et H3O+ : Le pH dépend de la concentration en ions H3O+(aq) dans la solution.
• Corrosion des acides et bases : Les acides et les bases peuvent provoquer des brûlures et doivent être manipulés avec protections.

📝 Points essentiels

• Si une équation montre un transfert de H+, c’est une réaction acide-base, comme NH3(aq) + H3O+(aq) → NH4+(aq) + H2O(l).
• Une réaction acide-base provoque une variation de pH car le pH est lié à la concentration en ions H3O+(aq).
• Le BBT passe au jaune en milieu acide avec CH3COOH puis change de couleur quand on ajoute une solution basique de NaOH.
• Les acides et bases sont corrosifs et il faut blouse, gants et lunettes, sans mélanger sans précautions acides et bases ni ajouter d’eau à des solutions concentrées.

💡 Astuce mémo

H+ qui “passe” = acide-base ; et BBT change quand le pH change.

📅 Repères chronologiques

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre la définition avec l’ion spectateur : l’acidité ou la basicité vient de l’espèce capable de céder/capter H+, pas de l’ion qui maintient la neutralité.
2. Écrire une équation complète sans supprimer les ions spectateurs, alors qu’ils ne participent pas au transfert de H+.
3. Inverser le rôle : prendre un acide pour la base (ou l’inverse) conduit à un transfert de H+ dans le mauvais sens.
4. Croire que toute base a forcément une charge négative : la notation de couple A− ne garantit pas que la forme basique soit toujours négative.
5. Ignorer qu’une espèce amphotère peut changer de rôle : l’amphotère ne réagit pas avec un sens imposé par elle seule mais par l’autre réactif.
6. Croire que toutes les réactions acide-base sont totales, alors que le texte indique que ce n’est pas toujours le cas.

✅ Checklist Examen

1. Définir un acide de Brönsted comme une espèce capable de céder H+ et savoir écrire la demi-équation associée.
2. Identifier une base de Brönsted comme une espèce capable de capter H+ et écrire la demi-équation associée.
3. Donner des exemples d’acides de Brönsted dont H3O+, NH4+, H2CO3 et CH3COOH et associer à chacun la demi-équation de cession de H+.
4. Donner des exemples de bases de Brönsted dont HO−, NH3, H2O et CH3COO− et associer à chacun la demi-équation de capture de H+.
5. Expliquer, en lien avec la structure, pourquoi la rupture d’une liaison polarisée libère H+ pour l’acide.
6. Expliquer, en lien avec la structure, comment des doublets non liants de O/N permettent à une base de capter H+.
7. Utiliser la notation d’un couple acide-base AH à gauche et A− à droite sans supposer que A− est toujours négatif.
8. Décrire une espèce amphotère et donner les exemples H2O et HCO3− avec leur double comportement.
9. Lors d’une transformation, établir l’équation en additionnant les demi-équations correspondant au transfert de H+ entre l’acide du couple (1) et la base du couple (2).
10. Déduire le sens du transfert quand une espèce amphotère est impliquée en se basant sur la nature de l’autre réactif.
11. Reconnaître une réaction acide-base dans une équation en repérant le transfert de H+ entre deux espèces.
12. Relier une réaction acide-base à une variation de pH en mobilisant le lien avec la concentration en ions H3O+.
13. Connaître au moins une écriture d’équation donnée au cours (détartre : H3O+ + CO3^2− → H2O + HCO3−, ou H2CO3 + HO− → HCO3− + H2O).
14. Rappeler les règles de sécurité : porter des protections et éviter le mélange imprudent d’acides et de bases, surtout avec des solutions concentrées.