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Sciences
Bonjour, Je voudrais savoir si nous connaissons comment pouvons nous neutralisé un proton?
Réponse de Didier Perret
Docteur
Section de chimie et biochimie
Université de Genève
La question qui découle de cette question est: Parlez-vous d’un proton au sens d’une espèce en chimie, ou d’un proton au sens d’une particule élémentaire en physique...? Parce que comme chimiste, je ne pourrai pas me sentir légitime à répondre sur la particule en physique!
Pour le chimiste, le proton est l’espèce la plus simple qui soit; il s’agit de l’ion positif (cation) de l’atome d’hydrogène. L’atome d’hydrogène (H), électriquement neutre, est constitué d’un noyau ne contenant qu’une particule chargée positivement (le proton p+), autour duquel circule une particule chargée négativement (l’électron e–). Tous les autres atomes du Tableau Périodique des Eléments possèdent un noyau contenant des protons et aussi des particules non chargées (les neutrons n0).
Lorsque l’atome d’hydrogène se fait arracher son unique électron, il devient un cation (ion positif) et il n’est plus constitué que de son noyau contenant un seul proton. Cette espèce chimique est notée H+. Les chimistes l’appellent indistinctement "proton" ou "ion hydronium".
Lorsque des protons H+ sont présents dans un solvant (par exemple dans de l’eau), ces protons ont un caractère acide. Toute substance qui peut relâcher des protons H+ (par exemple l’acide chlorhydrique HCl, ou l’acide acétique CH3COOH) dans son milieu est une substance acide.
D’ailleurs, pour être précis et complet, il faut souligner que le proton H+ n’est pas une espèce très stable dans l’eau, et qu’il a tendance à s’associer à une molécule d’eau pour se stabiliser ; la molécule résultant de l’association entre H+ et H2O est justement l’ion hydronium, qu’on peut écrire H2O·H+ ou plus simplement H3O+.
Le cas de l’eau H2O est particulier: La molécule d’eau est constituée d’un atome d’oxygène O flanqué de deux atomes d’hydrogène H; on peut la représenter H–O–H pour comprendre que deux liaisons existent (bien que la molécule ne soit pas linéaire, contrairement à cette représentation). Cependant, ces liaisons H–O ne sont pas "électriquement équilibrées": Lors du partage de leurs électrons pour former la liaison entre eux, l'atome d’oxygène attire partiellement vers lui l’unique électron de l’atome d’hydrogène; dans la molécule d’eau, les charges électriques sont donc plutôt positives sur chaque hydrogène et plutôt négatives sur l’oxygène. Chaque molécule d’eau peut parfaitement vivre de cette situation sans que cela lui pose problème (d’ailleurs, les molécules ne "vivent" pas et n’ont pas de problèmes!).
Cependant, l’eau en tant que liquide (c’est-à-dire lorsqu’on considère les milliards de milliards de dizaines de milliers de molécules H2O qu’il y a dans chaque millilitre d’eau) a une infime propension à se dissocier en brisant l’une de ses deux liaisons H–O; lorsque cette liaison se brise, l'oxygène garde contre lui l’électron de l’hydrogène qu’il avait attiré près de lui. Pour 10 millions de molécules d’eau, on en trouve une seule qui se dissocie, et qui conduit à la formation d’un proton H+ et de sa contrepartie OH–, qu’on appelle hydroxyle.
On pourrait penser que l’eau est donc acide de manière infime, puisqu’elle relâche un tout petit peu de protons. Il n’en est rien, car l’hydroxyle OH–, qui est relâché en proportion identique au proton, neutralise justement ce proton: le caractère acide de l’eau ne peut donc pas être exprimé et l’eau pure est parfaitement neutre. Pour simplifier la compréhension du phénomène, on peut dire que le proton est acide et que l’hydroxyle est antiacide ou tout simplement basique.
Cette observation que les (rares) hydroxyles OH– présents dans l’eau neutralisent les (rares) protons H+ présents dans l’eau nous conduit à conclure que pour neutraliser un proton, il faut le faire réagir avec un hydroxyle OH–.
Pour prendre un exemple simple, lorsqu’on est en présence d’une solution d’acide chlorhydrique HCl (qui se dissocie en ions positifs H+ et ions négatifs Cl–) que l’on souhaite neutraliser, il faut la faire réagir avec une solution d’antiacide, c’est-à-dire de base, contenant autant d’ions hydroxyle OH–. C’est par exemple possible avec une solution d’hydroxyde de sodium NaOH (soude caustique) qui se dissocie en ions positifs Na+ et ions négatifs OH–. Les ions OH– vont neutraliser les ions H+ (en formant des molécules d’eau, d’ailleurs).
La boucle est bouclée du côté de la chimie! Pour les protons en tant que particules élémentaires, prière de se tourner vers les physiciens!
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