Le concept d'acide et de base

par Fred Scaffidi, chimiste 

La corrosivité d'une substance, c'est-à-dire la propriété qu'a un produit chimique de détruire visiblement la peau et d'autres tissus, constitue un important paramètre en cas d'intervention d'urgence. Les acides sont bien connus pour leur corrosivité. Des éclaboussures d'acides sur la peau peuvent causer de graves brûlures et de profondes cicatrices. Quoique très dangereuses, ces substances sont utilisées dans nombre de procédés industriels, et ce, à une très grande échelle; on en trouve en plus dans presque tous les foyers (dans les nettoyants, par exemple). Qu'est-ce qui rend une substance acide (ou basique)? Quelles sont les méthodes courantes pour faire face à ces produits chimiques en cas de déversement?

Souvenez-vous de vos premières notions de chimie. Les substances acides, en se dissolvant dans l'eau, produisent un surplus net d'ions hydrogène [H+], les ions étant des produits chimiques chargés électriquement. Les substances basiques se dissolvent aussi dans l'eau et, ce faisant, produisent des ions hydroxyle [OH-]. C'est la concentration de ces ions qui détermine la force d'un acide ou d'une base. Les acides forts produisent des concentrations plus élevées de H+ que les acides faibles (il en va de même pour les bases). On peut généraliser et dire que la solubilité dans l'eau de la plupart des acides communs est élevée, c'est-à-dire qu'on peut les mettre dans l'eau, les dissoudre et produire ainsi une solution d'ions; quelques acides très concentrés peuvent être inflammables tandis que d'autres sont des comburants assez puissant pour enflammer des substances combustibles; les acides réagissent au contact des métaux, parfois lentement, et ce faisant, produisent des gaz hydrogène inflammables et explosifs; les acides neutralisent les bases, en d'autres mots, les ions hydrogène réagissent au contact des ions hydroxiles pour produire de l'eau et de la chaleur. Donc,

ACIDE + BASE <--> un sel + eau + chaleur.

La soude caustique, base dont la formule chimique est NaOH, neutralise un déversement d'acide chlorhydrique, acide dont la formule chimique est HCl. La réaction globale est la suivante:

Na+ + OH- + H+ + Cl- <--> H2O + NaCl (sel de table).

La réaction précédente produirait énormément de chaleur et de vapeurs.

La présence d'eau est importante dans le concept d'acide et de base. On pourrait envisager d'ajouter de l'eau aux acides et aux bases afin de les diluer et de les rendre ainsi moins concentrés, moins dangereux. Une règle empirique veut que, dans un laboratoire de chimie, on ajoute toujours l'acide à l'eau, jamais l'eau àl'acide. L'ajout d'eau à un acide concentré, la seule façon de combiner les deux en cas de déversement, peut entraîner la projection et le bouillonnement de l'acide. La dilution peut

Région acide pH neutre Région basique
pH 0-1-2-3-4-5-6 7 8-9-10-11-12-13-14

aussi provoquer le réchauffement de la solution (ce qu'on appelle la chaleur de dilution), qui réduira la solubilité de l'acide dans l'eau et entraînera la production de vapeurs acides. Vous êtes pour la plupart familiers avec le terme pH utilisé pour indiquer le degré d'acidité ou de basicité d'une solution (voir l'échelle ci-dessous).

Les solutions dont le pH se situe entre 0 et 6 sont acides, celles dont le pH est de 7 sont neutres et celles, finalement, dont le pH varie de 8 à 14 sont basiques. On peut effectuer des lectures du pH à l'aide de papier de tournesol et en observant sa couleur changer. L'échelle du pH ici illustrée est une échelle logarithmique, c'est-à-dire que des facteurs de 10 séparent chaque valeur. Par exemple, un déversement d'un litre d'un acide fort (dont le pH=1) exigerait 10000 litres d'eau pour être dilué jusqu'à un pH égal à 5. Sa dilution jusqu'à un pH neutre exigerait 1000000 de litres d'eau (même si pareille dilution serait inutile, étant donné qu'un pH équivalant à 5 représenterait un faible risque en cas de contact avec la peau). L'ajout d'eau aurait pour inconvénient additionnel d'étendre ou d'élargir le déversement.

PRODUITS pH
Acide chlorhydrique
(nettoyant pour tuyaux d'écoulement)
0,1
Acide sulfurique
(acide pour accumulateurs)
0,3
Hydroxyde de sodium
(nettoyant pour tuyaux d'écoulement)
14,0
Eau de pluie 5,5
Eau de mer 7,8 à 8,2
Acide citrique 3,0
Vinaigre
(5% d'acide acétique)
2,4
Vins 2,8 à 3,8

Comme on peut le constater, les valeurs du pH dans le cas de certaines substances courantes sont assez faibles (acides).

L'ajout soudain d'agents neutralisants à des acides concentrés en cas de déversement entraînera des vapeurs et du bouillonnement. Une neutralisation s'effectue normalement en laboratoire dans des conditions très contrôlées. Songez que certains agents neutralisants peuvent être tout aussi dangereux que l'acide original. On devrait ajouter à peine assez de neutralisant pour effectuer le travail et pas plus, étant donné qu'on pourrait dépasser le point de virage et transformer la solution en une base forte. On peut neutraliser un déversement d'acide sulfurique concentré à l'aide de bicarbonate de sodium (bicarbonate de soude) sans trop de danger, tandis que le neutraliser avec de l'hydroxyde de sodium pourrait produire beaucoup de chaleur et de vapeurs. Le bicarbonate de sodium a une chaleur de réaction plus faible; il provoquera cependant un violent bouillonnement parce qu'il produira du gaz carbonique. Le bicarbonate de sodium n'est pas une substance particulièrement dangereuse et on peut en ajouter un excédent sans danger. La pierre à chaux broyée est aussi un excellent choix; sa chaleur de réaction sera cependant plus élevée, ce qui produira donc plus de vapeurs. La neutralisation d'une grande quantité d'acide sur le lieu d'un déversement exigerait la présence de personnel très familier avec cette méthode. On recommande de récupérer autant de substance déversée que possible avant une neutralisation.

On peut de toute évidence attribuer plusieurs propriétés chimiques aux acides en général. L'échappement de vapeurs acides causé par une neutralisation ou une dilution semble le problème le plus grave. L'échappement d'acide cyanhydrique, par exemple, pourrait être fatal. Nous traiterons de la question des vêtements de protection appropriés en cas de déversement dans un prochain article.

RÉFÉRENCES

  • Manuels «TIPS» d'Environnement Canada, Service de la protection de l'environnement, février 1984
  • Chemistry: A Conceptual Approach, 4e édition, Mortimer, 1979
  • Handbook of Chemistry and Physics, 71e édition, CRC Press, 1990
  • Guide de premières mesures d'urgence, CANUTEC, édition 1992, TP 7341F

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Parution: Bulletin de nouvelles TMD, Vol. 15, No. 1, Printemps 1995.

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