Acides et bases de Brønsted : le transfert d'un proton

Un acide de Brønsted est une espèce capable de céder un proton ; une base de Brønsted est une espèce capable de le capter. Cette définition décrit un transfert et ses partenaires, sans fournir à elle seule un mécanisme microscopique détaillé ni la composition finale.

Dans le cas usuel de l'hydrogène 1, le proton est le noyau sans électron. En solution aqueuse, il est solvaté : la notation $\mathrm{H^+(aq)}$ est une abréviation admise. Nous utilisons ici $\mathrm{H_3O^+}$ pour représenter explicitement sa prise en charge par l'eau. Cela ne signifie ni que toute écriture $\mathrm{H^+(aq)}$ est fausse, ni que la solvatation se limite à une molécule isolée d'eau.

Deux espèces conjuguées diffèrent par un proton. Dans le modèle générique $\mathrm{AH/A^-}$, la demi-équation protonique est $\mathrm{AH = A^- + H^+}$. Elle organise le bilan formel ; ce n'est pas l'affirmation qu'un proton nu s'accumule dans la solution. L'acide est écrit avant sa base conjuguée par convention.

Passer de l'acide à sa base conjuguée retire un atome H et diminue la charge de 1. L'opération inverse ajoute un H et augmente la charge de 1. Il faut identifier le site acide pertinent : retirer arbitrairement un atome H d'une formule ne garantit pas une espèce conjuguée usuelle.

L'eau appartient aux couples $\mathrm{H_3O^+/H_2O}$ et $\mathrm{H_2O/HO^-}$. Elle peut donc capter ou céder un proton selon son partenaire : c'est un ampholyte. Un transfert peut aussi se produire entre deux autres partenaires ; l'eau n'est pas obligatoirement le réactif qui capte le proton.

Construire un bilan de transfert. Repérez l'acide réactif et la base réactive. Écrivez leurs demi-équations dans des sens compatibles, puis additionnez-les : le proton formel cédé et le proton formel capté s'éliminent. Pour deux couples génériques :

La double flèche rappelle la possibilité du transfert inverse. L'écriture seule ne donne pas les proportions à l'équilibre ; une flèche de bilan ne doit pas être interprétée automatiquement comme une transformation totale.

Lorsque l'eau est le partenaire. Une écriture explicite pour un acide neutre est $\mathrm{AH+H_2O\rightleftharpoons A^-+H_3O^+}$. Pour une base neutre B, elle est $\mathrm{B+H_2O\rightleftharpoons BH^++HO^-}$. La forme abrégée avec $\mathrm{H^+(aq)}$ peut représenter le même équilibre aqueux si sa convention est précisée ; elle ne désigne pas alors un proton nu. Respectez la forme demandée dans une consigne.

Rôle et charge. Un acide peut être un ion positif, négatif ou une molécule neutre. La charge ne remplace pas le critère du transfert. Un ampholyte possède deux couples pertinents : ce n'est pas la preuve qu'il joue simultanément les deux rôles dans toute réaction.

Contrôler sans surinterpréter. Vérifiez chaque élément et la charge totale. Un bilan équilibré est nécessaire, mais il ne prouve ni la faisabilité, ni la vitesse, ni la totalité de la réaction. Le gain d'atomes H lors d'une hydrogénation ne suffit pas à en faire une capture de proton au sens de Brønsted.

Situation dans la progression. Les transferts acide-base sont explicitement étudiés dans le programme de terminale générale de 2019. Cette introduction placée plus tôt dans la progression constitue une anticipation locale ; elle ne prétend pas définir les exigences officielles de première. Le calcul du pH et des constantes d'acidité est laissé à la suite.

Dossier. Deux élèves commentent un transfert générique entre un acide AH et une base B. Les charges données sont respectivement 0 et 0 ; les produits proposés sont A⁻ et BH⁺. On ne dispose d'aucune donnée d'équilibre.

Première proposition : « Puisque le nombre total de H est conservé, le transfert est nécessairement total. »

Correction : la conservation est un contrôle du bilan, pas une mesure d'avancement. Le bilan $\mathrm{AH+B\rightleftharpoons A^-+BH^+}$ conserve la charge totale, nulle de chaque côté, et le proton passe formellement de AH à B. Rien ne permet de fixer la proportion transformée.

Deuxième proposition : « Si le solvant est l'eau, B doit forcément être une molécule d'eau. »

Correction : non. B peut être une autre base présente dans le milieu. Un solvant aqueux n'impose pas que l'eau soit le partenaire de chaque transfert.

Troisième proposition : « Une formule contenant H⁺(aq) prouve qu'il existe un proton nu dans l'eau. »

Correction : non. Le symbole peut être une abréviation du proton solvaté. Pour comparer deux écritures, il faut d'abord expliciter leur convention, puis contrôler le bilan et le rôle du solvant. Une notation n'établit pas à elle seule une structure microscopique complète.

La figure se lit en trois panneaux. En haut, la forme portant le symbole H⁺ représente l'acide du couple générique ; la forme sans ce symbole représente sa base conjuguée. Les contours pleins et pointillés complètent les couleurs.

Au milieu, l'acide éthanoïque transfère formellement un proton à l'ammoniac : l'ion éthanoate et l'ion ammonium sont représentés comme produits. La flèche courbe transporte ici le symbole du proton ; ce n'est pas une flèche mécanistique de déplacement d'un doublet électronique. Le dessin illustre les rôles et le bilan, sans donner la composition finale.

En bas, l'eau peut recevoir le proton pour être représentée par H₃O⁺, ou le céder pour donner HO⁻. Ces deux rôles dépendent du partenaire. Le bandeau distingue la notation abrégée H⁺(aq) de la représentation explicite H₃O⁺ ; aucune boule libre parcourant réellement la solution n'est postulée.