développement historiqueModifier

Le concept de réaction acide-base a été proposé pour la première fois en 1754 par Guillaume-François Rouelle, qui a introduit le mot « base » en chimie pour désigner une substance qui réagit avec un acide pour lui donner une forme solide (sous forme de sel).

théorie de L’oxygène de Lavoisiermodifier

le premier concept scientifique des acides et des bases a été fourni par Lavoisier vers 1776., Comme la connaissance des acides forts de Lavoisier était principalement limitée aux oxoacides, tels que HNO
3 (acide nitrique) et H
2SO
4 (acide sulfurique), qui ont tendance à contenir des atomes centraux dans des États d’oxydation élevés entourés d’oxygène, et comme il n’était pas au courant de la composition réelle des acides hydrohaliques (HF, HCl, HBr et HI), οξυς (oxys) signifiant « acide » ou « tranchant » et γεινομαι (geinomai) signifiant « engendrer »)., La définition de Lavoisier a duré plus de 30 ans, jusqu’à L’article de 1810 et les conférences ultérieures de Sir Humphry Davy dans lesquelles il a prouvé le manque d’oxygène dans H
2S, H2Te et les acides hydrohaliques. Cependant, Davy n’a pas réussi à développer une nouvelle théorie, concluant que « l’acidité ne dépend pas d’une substance élémentaire particulière, mais d’un arrangement particulier de diverses substances ». Une modification notable de la théorie de l’oxygène a été fournie par Jöns Jacob Berzelius, qui a déclaré que les acides sont des oxydes de non-métaux tandis que les bases sont des oxydes de métaux.,

théorie de L’hydrogène de Liebigmodifier

en 1838, Justus von Liebig a proposé qu’un acide soit un composé contenant de l’hydrogène dont l’hydrogène peut être remplacé par un métal. Cette redéfinition était basée sur ses travaux approfondis sur la composition chimique des acides organiques, achevant le passage doctrinal des acides à base d’oxygène aux acides à base d’hydrogène commencé par Davy. La définition de Liebig, bien que complètement empirique, est restée utilisée pendant près de 50 ans jusqu’à l’adoption de la définition D’Arrhenius.,

définition D’Arrheniummodifier

La première définition moderne des acides et des bases en termes moléculaires a été conçue par Svante Arrhenius. Une théorie de l’hydrogène des acides, il a suivi de son 1884 travail avec Friedrich Wilhelm Ostwald dans l’établissement de la présence d’ions en solution aqueuse et a conduit à Arrhenius recevoir le prix Nobel de chimie en 1903.

tel Que défini par Arrhenius:

• un Arrhenius acide est une substance qui se dissocie dans l’eau pour former des ions hydrogène (H+); c’est, un acide augmente la concentration d’ions H+ dans une solution aqueuse.,

ceci provoque la protonation de l’eau, ou la création de l’ion hydronium (H3O+). Ainsi, à l’époque moderne, le symbole H+ est interprété comme un raccourci pour H3O+, car on sait maintenant qu’un proton nu n’existe pas en tant qu’espèce libre en solution aqueuse.

• une base D’Arrhenius est une substance qui se dissocie dans l’eau pour former des ions hydroxyde (OH−); c’est− à-dire qu’une base augmente la concentration D’ions OH-dans une solution aqueuse., »

Les définitions D’Arrhenius de l’acidité et de l’alcalinité sont limitées aux solutions aqueuses et se réfèrent à la concentration des ions solvants. Selon cette définition, le H2SO4 pur et le HCl dissous dans le toluène ne sont pas acides, et le NaOH fondu et les solutions d’amide de calcium dans l’ammoniac liquide ne sont pas alcalins. Cela a conduit au développement de la théorie de Brønsted-Lowry et de la théorie de Lewis subséquente pour tenir compte de ces exceptions non aqueuses.,

dans l’ensemble, pour être qualifié d’acide D’Arrhénius, lors de l’introduction dans l’eau, le produit chimique doit provoquer, directement ou autrement:

• une augmentation de la concentration aqueuse d’hydronium, ou
• une diminution de la concentration aqueuse d’hydroxyde.

inversement, pour être considéré comme une base D’Arrhénius, lors de l’introduction dans l’eau, le produit chimique doit soit provoquer, directement ou non:

• une diminution de la concentration aqueuse d’hydronium, soit
• une augmentation de la concentration aqueuse d’hydroxyde.,

La réaction d’un acide avec une base est appelé une réaction de neutralisation. Les produits de cette réaction sont un sel et de l’eau.

acide + base → Sel + Eau

dans cette représentation traditionnelle, une réaction de neutralisation acide–base est formulée comme une réaction de double remplacement. Par exemple, la réaction de L’acide chlorhydrique, HCl, avec des solutions d’hydroxyde de sodium, NaOH, produit une solution de chlorure de sodium, de NaCl et de certaines molécules d’eau supplémentaires.,

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O

le modificateur (aq) dans cette équation a été impliqué par Arrhenius, plutôt que inclus explicitement. Il indique que les substances sont dissoutes dans l’eau. Bien que les trois substances, HCl, NaOH et NaCl soient capables d’exister en tant que composés purs, dans les solutions aqueuses, elles sont complètement dissociées en ions aqués H+, Cl−, Na+ et OH−.,

définition de Brønsted–Lowrymodifier

Johannes Nicolaus Brønsted et Thomas Martin Lowry

la définition de Brønsted–Lowry, formulée en 1923, indépendamment par Johannes Nicolaus Brønsted au Danemark et Martin Lowry en Angleterre, est basée sur l’idée de protonation des bases la déprotonation des acides – C’est—à—dire la capacité des acides à « donner » des ions hydrogène (H+) – autrement appelés protons-aux bases, qui les « acceptent ».,

une réaction acide–base est donc l’élimination d’un ion hydrogène de l’acide et son addition à la base. L’élimination d’un ion hydrogène d’un acide produit sa base conjuguée, qui est l’acide avec un ion hydrogène éliminé. La réception d’un proton par une base produit son acide conjugué, qui est la base avec un ion hydrogène ajouté.

Contrairement aux définitions précédentes, la définition de Brønsted–Lowry ne fait pas référence à la formation de sel et de solvant, mais plutôt à la formation d’acides conjugués et de bases conjuguées, produites par le transfert d’un proton de l’acide à la base., Dans cette approche, les acides et les bases ont un comportement fondamentalement différent des sels, qui sont considérés comme des électrolytes, soumis aux théories de Debye, Onsager et d’autres. Un acide et une base réagissent non pas pour produire un sel et un solvant, mais pour former un nouvel acide et une nouvelle base. Le concept de neutralisation est donc absent. Le comportement acide–base de Brønsted–Lowry est formellement indépendant de tout solvant, ce qui le rend plus global que le modèle D’Arrhenius. Le calcul du pH sous le modèle D’Arrhenius dépendait des alcalis (bases) se dissolvant dans l’eau (solution aqueuse)., Le modèle de Brønsted–Lowry a élargi ce qui pouvait être testé au pH en utilisant des solutions insolubles et solubles (gaz, liquide, solide).

la formule générale pour les réactions acide–base selon la définition de Brønsted–Lowry est la suivante:

HA + B → BH+ + A−

où HA représente l’acide, B représente la base, BH+ représente L’acide conjugué de B et A− représente la base conjuguée de HA.,

par exemple, un modèle de Brønsted-Lowry pour la dissociation de l’acide chlorhydrique (HCl) en solution aqueuse serait le suivant:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl−

l’élimination de H+ du HCl produit L’ion chlorure, Cl−, La base conjuguée de l’acide. L’addition de H + au H2O (agissant comme une base) forme L’ion hydronium, H3O+, l’acide conjugué de la base.

l’eau est amphotère—c’est-à-dire qu’elle peut agir à la fois comme acide et comme base., Le modèle de Brønsted-Lowry explique cela, montrant la dissociation de l’eau en faibles concentrations d’ions hydronium et hydroxyde:

H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−

cette équation est démontrée dans l’image ci− dessous:

ici, une molécule d’eau agit comme un acide, donnant un H+ et formant la base conjuguée, OH -, et une deuxième molécule d’eau agit comme une base, acceptant L’ion H+ et formant l’acide conjugué, H3O+.

à titre d’exemple d’eau agissant comme un acide, considérons une solution aqueuse de pyridine, C5H5N.,

C5H5N + H2O ⇌ + + OH−

dans cet exemple, une molécule d’eau est divisée en un ion hydrogène, qui est donné à une molécule de pyridine, et un ion hydroxyde.

dans le modèle de Brønsted-Lowry, le solvant ne doit pas nécessairement être de l’eau, comme l’exige le modèle acide-Base D’Arrhenius. Par exemple, considérez ce qui se passe lorsque L’acide acétique, CH3COOH, se dissout dans l’ammoniac liquide.

CH
3COOH + NH
3 ⇌ NH+
4 + CH
3coo−

un ion H+ est éliminé de l’acide acétique, formant sa base conjuguée, l’ion acétate, CH3COO−., L’addition d’un ion H+ à une molécule d’ammoniac du solvant crée son acide conjugué, l’ion ammonium, NH+

le modèle de Brønsted–Lowry appelle des substances contenant de l’hydrogène (comme HCl) des acides. Ainsi, certaines substances, que de nombreux chimistes considéraient comme des acides, telles que le SO3 ou le BCl3, sont exclues de cette classification en raison du manque d’hydrogène. Gilbert N., Lewis a écrit en 1938: « restreindre le groupe des acides aux substances contenant de l’hydrogène interfère aussi sérieusement avec la compréhension systématique de la chimie que la restriction du terme agent oxydant aux substances contenant de l’oxygène. »De plus, KOH et KNH2 ne sont pas considérés comme des bases de Brønsted, mais plutôt comme des sels contenant les bases OH− et NH−

définition de Lewis

Les besoins en hydrogène d’Arrhenius et de Brønsted–Lowry ont été éliminés par la définition de Lewis des réactions acide–base, conçue par Gilbert N., Lewis en 1923, la même année que Brønsted–Lowry, mais il n’a été élaboré par lui qu’en 1938. Au lieu de définir les réactions acide–base en termes de protons ou d’autres substances liées, La définition de Lewis définit une base (appelée base de Lewis) comme un composé pouvant donner une paire d’électrons, et un acide (un acide de Lewis) comme un composé pouvant recevoir cette paire d’électrons.

par exemple, le trifluorure de bore BF3 est un acide de Lewis typique. Il peut accepter une paire d’électrons car il a une vacance dans son octet. L’ion fluorure a un octet complet et peut donner une paire d’électrons., Ainsi

BF3 + F− → BF−
4

est un acide de Lewis typique, réaction de base de Lewis. Tous les composés des éléments du groupe 13 de formule AX3 peuvent se comporter comme des acides de Lewis. De même, les composés des éléments du groupe 15 de formule DY3, tels que les amines, NR3, et les phosphines, PR3, peuvent se comporter comme des bases de Lewis. Les adduits entre eux ont la formule x3a←DY3 avec une liaison covalente dative, représentée symboliquement comme←, entre les atomes A (accepteur) et D (donneur). Les composés du groupe 16 de formule DX2 peuvent également agir comme bases de Lewis; de cette façon, un composé comme un éther, R2O, ou un thioéther, R2S, peut agir comme base de Lewis., La définition de Lewis ne se limite pas à ces exemples. Par exemple, le monoxyde de carbone agit comme une base de Lewis lorsqu’il forme un adduit avec le trifluorure de bore, de formule F3B←CO.

Les adduits impliquant des ions métalliques sont appelés composés de coordination; chaque ligand donne une paire d’électrons à l’ion métallique., La réaction

+ + 2NH3 → + + 4H2O

peut être vue comme une réaction acido–basique dans laquelle une base plus forte (ammoniac) remplace une base plus faible (eau)

Les définitions de Lewis et Brønsted–Lowry sont cohérentes puisque la réaction

H + + OH− ⇌ H2O

est une réaction acido–basique dans les deux théories.

définition du système Solvantmodifier

L’une des limites de la définition D’Arrhenius est sa dépendance aux solutions aqueuses. Edward Curtis Franklin a étudié les réactions acide-base dans l’ammoniac liquide en 1905 et a souligné les similitudes avec la théorie D’Arrhenius à base d’eau. Albert F.,O. Germann, travaillant avec le phosgène liquide, COCl
2, a formulé la théorie à base de solvant en 1925, généralisant ainsi la définition D’Arrhenius pour couvrir les solvants aprotiques.

Germann a souligné que dans de nombreuses solutions, il y a des ions en équilibre avec les molécules de solvant neutres:

• ions solvonium: un nom générique pour les ions positifs. (Le terme solvonium a remplacé l’ancien terme ions lyonium: ions positifs formés par protonation de molécules de solvant.)
• ions solvates: un nom générique pour les ions négatifs., (Le terme solvate a remplacé le terme plus ancien ions lyate: ions négatifs formés par déprotonation de molécules de solvant.,nd ammonium and amide, respectively: 2 H
  2O ⇌ H
  3O+
  + OH−
  2 NH
  3 ⇌ NH+
  4 + NH−
  2

  Some aprotic systems also undergo such dissociation, such as dinitrogen tetroxide into nitrosonium and nitrate, antimony trichloride into dichloroantimonium and tetrachloroantimonate, and phosgene into chlorocarboxonium and chloride:

  N
  2O
  4 ⇌ NO+
  + NO−
  3 2 SbCl
  3 ⇌ SbCl+
  2 + SbCl−
  4 COCl
  2 ⇌ COCl+
  + Cl−

  A solute that causes an increase in the concentration of the solvonium ions and a decrease in the concentration of solvate ions is defined as an acid., Un soluté qui provoque une augmentation de la concentration des ions solvate et une diminution de la concentration des ions solvonium est défini comme une base., la définition montre en décrivant les réactions dans les solvants aprotiques; par exemple, dans le liquide N
  2o
  4:

  + → +

  parce que la définition du système de solvant dépend du soluté ainsi que du solvant lui-même, un soluté particulier peut être soit un acide, soit une base selon le choix du solvant: HClO
  4 est un acide fort dans l’eau, un acide faible dans l’acide acétique, et une base faible dans l’acide fluorosulfonique; cette caractéristique de la théorie a été vue à la fois comme une force et une faiblesse, car certaines substances (telles que so
  3 et NH
  3) ont été considérées comme acides ou basiques de leur propre chef., D’autre part, la théorie des systèmes de solvants a été critiquée comme étant trop générale pour être utile. En outre, on a pensé qu’il y avait quelque chose d’intrinsèquement acide dans les composés hydrogène, une propriété non partagée par les sels de solvonium non hydrogéniques.

  définition Lux–Floodmodifier

  Cette théorie acide–base est une renaissance de la théorie de l’oxygène des acides et des bases, proposée par le chimiste allemand Hermann Lux en 1939, encore améliorée par Håkon Flood vers 1947 et est toujours utilisée dans la géochimie moderne et l’électrochimie des sels fondus., Cette définition décrit un acide comme un accepteur d’ions oxydes (O2-
  ) et une base comme un donneur d’ions oxydes. Par exemple:

  + → MgCO
  3 + → CaSiO
  3 + → NO+
  2 + 2 SO2−
  4

  cette théorie est également utile dans la systématisation des réactions des composés des gaz nobles, en particulier les oxydes de xénon, les fluorures et les oxofluorures.

  définition D’Usanoviemodifier

  Mikhail Usanovich a développé une théorie générale qui ne limite pas l’acidité aux composés contenant de l’hydrogène, mais son approche, publiée en 1938, était encore plus générale que la théorie de Lewis., La théorie d’Usanovich peut être résumée comme définissant un acide comme tout ce qui accepte des espèces négatives ou donne des espèces positives, et une base comme l’inverse. Ceci a défini le concept d’oxydoréduction comme un cas particulier de réactions acide-base

  quelques exemples de réactions acide–base D’Usanovich incluent:

  + → 2 Na+
  + SO2–
  4 (espèces échangées: anion O2−
  ) + → 6 NH+
  4 + 2 SbS3−
  4 (espèces échangées: anions 3 S2−
  ) + → 2na+
  + 2CL−
  (espèces échangées: 2 électrons)