Que sont les acides et les bases ?
Les acides ont un goût aigre (citron, tamarin, vinaigre) et font virer le tournesol bleu au rouge. Les bases ont un goût amer et sont savonneuses au toucher ; elles font virer le tournesol rouge au bleu. Ne goûte jamais les produits du laboratoire : on apprend ces propriétés avec des aliments seulement.
Acides et bases du quotidien
- Acides dans la nature : acide citrique (citron, orange), acide lactique (yaourt), acide acétique (vinaigre), acide tartrique (tamarin), acide méthanoïque (fourmi, piqûre d'abeille, feuille d'ortie), acide oxalique (tomate).
- Acides minéraux utilisés au laboratoire : acide chlorhydrique HCl, acide sulfurique H₂SO₄, acide nitrique HNO₃.
- Bases : hydroxyde de sodium NaOH, hydroxyde de potassium KOH, hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ (eau de chaux), hydroxyde de magnésium Mg(OH)₂ (lait de magnésie), hydroxyde d'ammonium NH₄OH.
Une base qui se dissout dans l'eau s'appelle un alcali (NaOH, KOH, Ca(OH)₂, NH₄OH). Tous les alcalis sont des bases, mais toutes les bases ne sont pas des alcalis : l'oxyde de cuivre est une base qui ne se dissout pas.
Indicateurs : naturels, synthétiques et olfactifs
Un indicateur est une substance qui change de couleur (ou d'odeur) pour nous dire si une solution est acide ou basique.
| Indicateur | Dans un acide | Dans une base |
|---|---|---|
| Tournesol (extrait de lichen) | bleu → rouge | rouge → bleu |
| Phénolphtaléine | incolore | rose |
| Méthylorange | rouge | jaune |
| Curcuma | reste jaune | brun-rouge |
| Jus de chou rouge | rouge/rose | vert |
Indicateurs olfactifs
Certaines substances changent d'odeur. L'oignon et l'huile de clou de girofle perdent leur odeur dans une base ; l'extrait de vanille perd aussi son odeur dans une base mais la garde dans un acide. Cela aide les élèves qui ne voient pas les couleurs.
Une tache jaune de curry au curcuma devient brun-rouge quand on la lave avec du savon, car le savon est basique. Rince-la à l'eau claire et le jaune revient peu à peu.
Propriétés chimiques des acides et des bases
1. Acide + métal → sel + dihydrogène
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑. Le gaz brûle avec un pop près d'une allumette enflammée : c'est le test du dihydrogène.
2. Base + métal (certains métaux seulement)
2NaOH + Zn → Na₂ZnO₂ (zincate de sodium) + H₂↑. Tous les métaux ne réagissent pas ainsi.
3. Acide + carbonate / hydrogénocarbonate métallique → sel + eau + dioxyde de carbone
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ et NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂↑. Le CO₂ trouble l'eau de chaux (il se forme du CaCO₃) ; avec trop de CO₂, elle redevient limpide (Ca(HCO₃)₂ soluble).
4. Acide + base → sel + eau (neutralisation)
NaOH + HCl → NaCl + H₂O. La chaleur dégagée montre que la réaction est exothermique.
5. Acide + oxyde métallique → sel + eau
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. L'oxyde de cuivre noir se dissout et la solution devient bleu-vert. Les oxydes métalliques sont donc basiques.
6. Base + oxyde non métallique → sel + eau
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Les oxydes non métalliques sont donc acides.
Qu'ont en commun tous les acides et toutes les bases ?
Le glucose et l'alcool contiennent aussi de l'hydrogène, pourtant ce ne sont pas des acides. La différence : un acide libère des ions H⁺ dans l'eau. H⁺ ne peut pas rester seul, il s'accroche à une molécule d'eau et forme l'ion hydronium H₃O⁺ : HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻.
Une base libère des ions OH⁻ dans l'eau : NaOH → Na⁺ + OH⁻.
Preuve avec un circuit : une ampoule brille quand du HCl ou du H₂SO₄ dilué se trouve entre deux électrodes, mais pas avec une solution de glucose ou d'alcool. Ce sont les ions qui transportent le courant.
Pourquoi il faut de l'eau : le gaz HCl sec ne change pas le tournesol bleu sec, mais le tournesol humide devient rouge, car les ions H⁺ n'apparaissent que dans l'eau.
Diluer les acides en sécurité
Mélanger un acide ou une base avec de l'eau dégage beaucoup de chaleur. Verse toujours l'acide dans l'eau, lentement et en remuant, jamais l'eau dans l'acide : la chaleur peut provoquer des éclaboussures et même fendre le verre.
La neutralisation avec les ions
H⁺ + OH⁻ → H₂O. Les autres ions (Na⁺, Cl⁻) restent en solution et forment le sel.
Formules et définitions clés
- Acide dans l'eau : HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
- Base dans l'eau : NaOH → Na⁺ + OH⁻
- Acide + métal → sel + H₂
- Acide + carbonate/hydrogénocarbonate → sel + H₂O + CO₂
- Acide + base → sel + eau (neutralisation) : H⁺ + OH⁻ → H₂O
- Oxyde métallique + acide → sel + eau (les oxydes métalliques sont basiques)
- Oxyde non métallique + base → sel + eau (les oxydes non métalliques sont acides)
Exemples résolus
1. On ajoute des grenailles de zinc à de l'acide sulfurique dilué. Quel gaz se forme et comment le tester ?
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂. Le gaz est du dihydrogène. Approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube : le gaz brûle avec un pop.
2. Pourquoi le yaourt ou les pickles prennent-ils un mauvais goût dans un récipient en laiton ou en cuivre ?
Le yaourt et les pickles contiennent des acides. Les acides réagissent avec des métaux comme le cuivre et le zinc (dans le laiton) et forment des sels nocifs et de mauvais goût. On les garde donc dans du verre, de l'acier ou de la céramique.
3. Un composé métallique A réagit avec du HCl dilué et donne un gaz qui trouble l'eau de chaux. La solution restante contient du chlorure de calcium. Identifie A et écris l'équation.
Le gaz est du CO₂, donc A est un carbonate ; le sel est CaCl₂, donc le métal est le calcium. A = CaCO₃. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂.
4. Un échantillon d'oxyde de cuivre est noir. On ajoute du HCl dilué. Que vois-tu et qu'est-ce que cela prouve ?
La poudre noire se dissout et la solution devient bleu-vert (CuCl₂). CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Comme un oxyde métallique réagit avec un acide pour donner un sel et de l'eau, les oxydes métalliques sont basiques.
5. Pourquoi le gaz HCl sec ne fait-il pas virer au rouge le tournesol bleu sec ?
Le comportement acide vient des ions H⁺, et HCl ne libère H⁺ que dans l'eau. Sans eau, il n'y a pas d'ions H⁺, donc pas de changement de couleur. Le tournesol humide devient rouge.
Erreurs fréquentes
- Dire que tout composé contenant de l'hydrogène est un acide. Le glucose (C₆H₁₂O₆) et l'alcool contiennent de l'hydrogène mais ne libèrent pas d'ions H⁺ dans l'eau.
- Verser de l'eau dans un acide concentré. Verse toujours l'acide lentement dans l'eau, en remuant.
- Croire que toutes les bases sont des alcalis. Seules les bases qui se dissolvent dans l'eau sont des alcalis.
- Écrire que la phénolphtaléine devient rose dans un acide. Elle est incolore dans les acides et les solutions neutres, rose seulement dans les bases.