Chimie d’introduction – 1ère Édition canadienne

Dans le chapitre 3 « Atomes, Molécules et Ions”, Section 3.5 « Acides”, nous avons défini un acide comme un composé ionique contenant H+ comme cation. C’est légèrement incorrect, mais jusqu’à ce que des concepts supplémentaires soient développés, une meilleure définition devait attendre. Maintenant, nous pouvons redéfinir un acide: un acide est un composé qui augmente la quantité d’ion hydrogène (H +) dans une solution aqueuse. L’opposé chimique d’un acide est une base. La définition équivalente d’une base est qu’une base est un composé qui augmente la quantité d’ion hydroxyde (OH−) dans une solution aqueuse. Ces définitions originales ont été proposées par Arrhenius (la même personne qui a proposé la dissociation ionique) en 1884, elles sont donc appelées la définition d’Arrhenius d’un acide et d’une base, respectivement.

Vous pouvez reconnaître que, d’après la description d’un atome d’hydrogène, un ion H+ est un atome d’hydrogène qui a perdu son seul électron; c’est-à-dire que H+ est simplement un proton. Avons-nous vraiment des protons nus qui se déplacent en solution aqueuse? Aucun. Ce qui est plus probable, c’est que l’ion H+ s’est attaché à une (ou plusieurs) molécule(s) d’eau. Pour représenter cela chimiquement, nous définissons l’ion hydronium H3O + (aq), une molécule d’eau à laquelle est attaché un ion hydrogène supplémentaire. comme H3O+, qui représente un proton supplémentaire attaché à une molécule d’eau. Nous utilisons l’ion hydronium comme la façon la plus logique dont un ion hydrogène apparaît dans une solution aqueuse, bien que dans de nombreuses réactions chimiques, H + et H3O + soient traités de manière équivalente.

La réaction d’un acide et d’une base est appelée réaction de neutralisation. Bien que les acides et les bases aient leurs propres chimies uniques, l’acide et la base s’annulent mutuellement pour produire une substance plutôt inoffensive— l’eau. En effet, la réaction générale entre un acide et une base est

acide + base → eau+ sel

où le terme sel est généralement utilisé pour définir tout composé ionique (soluble ou insoluble) formé à partir d’une réaction entre un acide et une base. (En chimie, le mot sel fait référence à plus que du sel de table.) Par exemple, l’équation chimique équilibrée pour la réaction entre HCl(aq) et KOH(aq) est

HCl(aq) + KOH(aq) → H2O(ℓ) + KCl(aq)

où le sel est KCl. En comptant le nombre d’atomes de chaque élément, nous constatons qu’une seule molécule d’eau est formée en tant que produit. Cependant, dans la réaction entre HCl (aq) et Mg (OH)2 (aq), des molécules supplémentaires de HCl et de H2O sont nécessaires pour équilibrer l’équation chimique:

2 HCl (aq) + Mg (OH) 2 (aq) → 2 H2O (ℓ) + MgCl2 (aq)

Ici, le sel est MgCl2. (C’est l’une des nombreuses réactions qui se produisent lorsqu’un type d’antiacide — une base — est utilisé pour traiter l’acide gastrique.)

Les réactions de neutralisation sont un type de réaction chimique qui se produit même si un réactif n’est pas en phase aqueuse. Par exemple, la réaction chimique entre HCl(aq) et Fe(OH)3(s) se déroule toujours selon l’équation

3 HCl(aq) + Fe(OH)3(s) → 3 H2O(ℓ) + FeCl3(aq)

même si le Fe(OH)3 n’est pas soluble. Lorsque l’on se rend compte que le Fe(OH) 3(s) est un composant de la rouille, cela explique pourquoi certaines solutions de nettoyage pour les taches de rouille contiennent des acides — la réaction de neutralisation produit des produits solubles et lavables. (Le lavage avec des acides comme HCl est un moyen d’éliminer la rouille et les taches de rouille, mais HCl doit être utilisé avec prudence!)

Les réactions ioniques complètes et nettes pour les réactions de neutralisation dépendront de la solubilité des réactifs et des produits, même si l’acide et la base réagissent. Par exemple, dans la réaction de HCl(aq) et de NaOH(aq),

HCl(aq) + NaOH(aq) → H2O(ℓ) + NaCl(aq)

La réaction ionique complète est

H +(aq) + Cl−(aq) + Na +(aq) + OH− (aq) → H2O(ℓ) + Na +(aq) + Cl−(aq)

Les ions Na +(aq) et Cl−(aq) sont des ions spectateurs, nous pouvons donc les supprimer pour avoir

H +(aq) + OH−(aq) → H2O(ℓ)

comme équation ionique nette. Si nous voulions écrire ceci en termes d’ion hydronium, H3O + (aq), nous l’écririons comme

H3O+ (aq)+ OH−(aq) → 2H2O(ℓ)

À l’exception de l’introduction d’une molécule d’eau supplémentaire, ces deux équations ioniques nettes sont équivalentes.

Cependant, pour la réaction entre HCl(aq) et Cr(OH)2(s), l’hydroxyde de chrome(II) étant insoluble, nous ne pouvons pas le séparer en ions pour l’équation ionique complète:

2 H + (aq) + 2 Cl−(aq) + Cr(OH) 2 (s) → 2 H2O(ℓ) + Cr2 +(aq) + 2 Cl−(aq)

Les ions chlorure sont les seuls ions spectateurs ici, donc l’équation ionique nette est

2 H +(aq) + Cr(OH) 2(s) → 2 H2O (ℓ) + Cr2 +(aq)