Acides, bases et pH : cours de CAP physique-chimie

Tu rencontres des acides et des bases tous les jours, souvent sans le savoir. Le vinaigre dans une vinaigrette, un détartrant, un shampooing, de l'eau de Javel pour nettoyer le sol : ce sont des solutions qui se comportent chimiquement de façon différente. Dans ce cours, tu apprends à les distinguer, à lire une valeur de pH et à choisir les bons gestes quand tu les utilises en atelier ou en laboratoire.

Tu t'appuies sur ce que tu connais déjà : les corps purs et les mélanges, les atomes, les molécules et les ions, puis les solutions aqueuses (un corps dissous dans l'eau). Les acides et les bases sont justement des espèces chimiques, des molécules ou des ions, qui interviennent dans les réactions dites « acido-basiques » ².

Dans le langage courant, le mot acide évoque quelque chose de piquant, comme un fruit qui n'est pas mûr, ou de désagréable ². Le mot base, lui, fait plutôt penser à un appui. En chimie, ces deux mots ont un sens précis qui ne dépend ni du goût ni de l'impression que l'on a. Il faut donc oublier les images de la vie courante et apprendre les définitions.

Voici quelques exemples concrets, qui reviendront dans le cours.

• Les shampooings et les pommades pour la peau sont légèrement acides ².
• Les produits ménagers de nettoyage sont plutôt basiques ; l'eau de Javel concentrée a un pH de 10,7 ².
• Le vinaigre contient de l'acide acétique, dont le nom officiel est acide éthanoïque ⁴.
• La soude est une base très forte ³.

Un proton est une particule chargée positivement ³. Quand une espèce cède un proton, il se retrouve dans l'eau sous la forme de l'ion hydrogène $\mathrm{H^+}$, que l'on écrit aussi $\mathrm{H_3O^+}$ ³. À l'inverse, les solutions très basiques contiennent beaucoup d'ions hydroxyde $\mathrm{OH^-}$ ³.

Retiens l'idée de don et de réception : l'acide donne, la base reçoit. C'est une image simple, mais elle suffit pour comprendre tout ce qui suit.

Les acides et les bases vont par deux : quand un acide cède un proton, il devient une base, et cette base peut reprendre le proton pour redonner l'acide. Ces deux espèces liées forment un couple acide-base ³.

Comment savoir si une solution est acide ou basique ? Il existe un indice historique, la saveur : les acides ont un goût aigre, d'où leur nom (le mot latin acidus signifie « aigre »), et les bases ont une saveur proche de celle de la lessive ³. Mais ce critère est à proscrire au laboratoire et en atelier.

Retiens deux indicateurs colorés.

• Le tournesol, en solution aqueuse, prend une teinte rouge au contact d'un acide et une teinte bleue au contact d'une base ³.
• L'hélianthine donne du rose si le milieu est acide, et du jaune s'il est basique ³.

L'échelle que tu utilises va de 0 à 14 ³. Vers 0 se trouvent les acides forts, c'est-à-dire des solutions très riches en ions $\mathrm{H^+}$ (ou $\mathrm{H_3O^+}$). Vers 14 se trouvent les bases les plus fortes, riches en ions $\mathrm{OH^-}$ ³. Le milieu de l'échelle, 7, correspond à la neutralité ³.

Quand un acide rencontre une base, une réaction acide-base se produit. Elle s'accompagne d'un dégagement de chaleur ². C'est pourquoi on verse toujours un produit dans l'autre lentement, en remuant, et avec une protection des yeux et des mains.

Un acide peut aussi attaquer un métal. L'acide acétique est corrosif pour de nombreux métaux, comme le fer, le magnésium et le zinc. Il forme alors du dihydrogène et des sels appelés acétates ⁴. L'aluminium résiste mieux, car il se couvre au contact de l'oxygène d'une fine couche d'oxyde qui le protège ; c'est pourquoi on l'utilise souvent pour des réservoirs destinés à transporter cet acide ⁴.

Dans ta formation, tu manipules des solutions de nettoyage, de détartrage ou de laboratoire. Tu dois savoir les ranger, les lire sur l'étiquette et réagir en cas d'incident. Les règles qui suivent sont des consignes de bon sens professionnel.

Cette prudence fait partie du métier. Les formations au CAP prévoient d'ailleurs une évaluation pratique tenant compte de la formation au secourisme au travail ¹. Savoir réagir face à une projection de produit relève du même état d'esprit : prévenir d'abord, agir ensuite.

Les premiers acides minéraux ont été découverts au XIIIe siècle : l'acide sulfurique, l'acide nitrique et l'acide chlorhydrique ². Plus tard, l'acide sulfurique est fabriqué en grande quantité pour préparer des teintures et purifier des métaux comme l'or ². Le vinaigre, lui, est connu depuis beaucoup plus longtemps : le vinaigre fort était déjà connu en Mésopotamie il y a plus de 3 000 ans avant notre ère ⁴.

Le mot alcali désigne les bases en général. Il vient de l'arabe al-kali, « cendre de plantes », dont on retirait du carbonate de potassium en la lessivant ³. Cela explique le lien entre les bases et la lessive.