Chap 5 Acides Bases2
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ACIDES BASES
Je ne crois pas que lon me conteste que lacide nait des pointes Il ne faut que le goter pour
tomber dans ce sentiment car il fait des picotements sur la langue.
LEMERY (1645-1715)
Notion dactivit et de concentration
Ces lois ne sappliquent que dans les solutions dilues car dans les solutions de charges concentres,
les ions sattirent mutuellement dautant plus fortement que les espces sont charges. Il en rsulte que
certaines particules seront masques par ces interactions. Ces mesures ne donneront pas le nombre de
particule mais le nombre de particules activent. Pour ce rendre compte de ce phnomne, on remplace
dans bon nombre de relation la concentration par lactivit des particules.
Activit et concentration sont relies par :
Facteur sera infrieur ou gale 1 car lactivit est toujours infrieure la concentration. Dans le
cours on considre que lon est en solution dilue pour que lactivit et la concentration soient gales.
I) Thorie de Brnsted
Cette thorie est fonde sur la notion dchange de proton et elle est fonde sur le fait que les protons
nexistent pas ltat libre en solution.
1) Dfinition dun acide et dune base
Un acide est une espce capable de cder des protons (des ions H+).
Une base est une espce capable daccepter des protons (des ions H+)
Un acide et une base ragissent selon une raction unique :
De droite gauche cest la dissociation de lacide
A tout acide correspond une base conjugue et toute base correspond un acide conjugu, ce qui
permet de dfinir les couples acides bases.
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Couples acide-base conjugus
Le premier : acide perchlorique
Le deuxime : lammonium et la base lammoniac
Le troisime lacide formique et lion formiate
2) Raction avec leau
Ces quilibres sont purement thoriques car le proton libr par lacide doit ncessairement tre fix
par une base. De mme pour que le caractre protophile dune base puisse se manifester, il faut quil y
ait un donneur de proton.
Il existe donc deux quilibres, on considre une quation gnrale acide 1 donne son proton a une base
2, lacide se trouve en quilibre avec sa base conjugu de mme que la base se trouve en
quilibre avec son acide.
Toute raction acide base va mettre en jeu deux couples acides bases conjugues qui vont entrer en
comptition avec le proton.
3) Quelques proprits des acides et des bases
a) Les acides
Saveur acidule, sucre, aigre : vinaigre, citron, choucroute
Provoquent un changement de couleur au papier tournesol
Ragisse avec les mtaux pour donner un sel et un dgagement de H2
Ragisse avec les carbonates et hydrognocarbonates
Donnent des solutions aqueuses conductrices
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b) Les bases
Saveur amre
Donne une impression de glissant (savon)
Coagulent les protines
Provoquent un changement de couleur du papier tournesol
Donnent des solutions aqueuses conductrices
II) Acides, bases et structures
1) Les acides
Un compos quil soit covalent ou ionique qui contient un ou plusieurs atomes dhydrogne est une
donneur de proton potentiel. Mais la mobilit du proton et donc son caractre acide va tre li la
structure de la molcule et la stabilit du compos quil va former.
a) Diffrence dlectrongativit
Diffrence entre latome dhydrogne et lequel il est li.
Exemple avec lacide formique
On pourrait penser que cest soit le H du carbone ou le H de loxygne qui va partir. En ralit une
seule possibilit est possible car la diffrence dlectrongativit est trop faible pour que le proton li
au carbone sen aille. Pour le lhydrogne soit mobile il faut quil soit reli un lment de famille
des halognes ou un lment de la famille de loxygne, ils doivent tre lectrongatifs.
b) Effet msomres et inductifs
Les ions qui rsultent de la dissociation dun acide carboxylique sont des hybrides de deux formes
msomres quivalentes. Cette charge ngative est dlocalise sur les deux atomes doxygne ce
qui stabilise lion carboxylate et stabilise lion carboxylate.
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Lacide actique prsent dans le vinaigre, attire moins bien les ions que dans lacide chloroactique.
Le chlore attire les ions de la liaison C-Cl mais contribue aussi attirer les lectrons de la liaison OH,
lacide chloroactique est un acide plus fort que lacide actique, cest un effet inductif positif.
2 Les bases
Pour ragir comme une base, la molcule doit possder un doublet lectronique. Exemple de la
molcule deau et dammoniac. Le caractre basique dpend de la disponibilit du doublet, plus il est
disponible plus le caractre basique est important. Cette disponibilit dpend de llectrongativit
de latome qui porte le doublet ou de llectrongativit des atomes voisins du doublet. La
basicidit dune base diminue quand llectrongativit augmente.
Loxygne est plus lectrongatif que lazote donc les doublets de loxygne sont moins disponibles
donc lthylamine est plus basique que lthanol.
Dans laniline le doublet de lazote participe la rsonnance du cycle benznique, ce qui le rend
beaucoup moins disponible pour fixer le proton. La pyridine est plus basique que laniline car le
doublet de lazote ne participe la rsonnance, le doublet tant plus disponible.
III) Forces des acides et des bases dans leau
1) Force des acides
A condition que la solution soit trs dilue.
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La constante Ka caractrise la dissociation de lacide HA en solution.
Si cette constanste est trs leve la raction est totale et lacide est totalement dissocie ce sera
un acide fort.
Ex
On met une seule flche, lacide est totalement dissocie.
Si Ka faible la dissociation de la raction est partielle, lacide est faible.
Ex
On met une double flche pour signaler lquilibre.
Illustration
2) Dissociation de leau
Leau conduit trs faiblement le courant lectrique, il y a dans leau prsence despces ionises. Leau
contient des ions, ils proviennent de lautodissociation elle-mme.
La concentration deau non dissocie est trs proche de la concentration deau initiale. On dfinit une
nouvelle constante appele Ke. Cette nouvelle constante est gale 10-14
une temprature de 25.
Cette constante est appele constante ionique de leau.
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3) Forces des bases
Si Kb est trs lev la raction est totale et la base est forte
Une seule flche raction totale
Si Kb est faible la raction est partielle, la base est faible
Double flche raction partielle
4) Relation entre Ka et Kb dun couple acide-base
Considrons :
Cela nous indique que plus un acide est fort plus sa base conjugue sera faible car Ke constant. De
mme plus un acide est faible plus sa base conjugue sera forte.
Il suffit de connaitre le Ka dun couple acide base pour valuer la force de la base.
5) Classification des acides et des bases
La force des acides et des bases varient dans de large proportion. On va prfrer classer les bases selon
leur pKa.
On dfinit :
Plus un acide est dissoci (fort), plus la constante Ka de cet acide est leve, plus le pKa sera
faible.
Plus une base est forte, plus son Kb sera lev plus son pKb sera faible.
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Les acides les plus forts sont dans le haut du tableau.
Les bases les faibles sont en haut car plus un acide
est fort plus son acide est faible.
Les couples encadres H2O/H3O+ et H2O/OH
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nous renseigne que ce sont les acides et les bases
les plus forts que lon peut trouver en solution.
IV) pH des solutions aqueuses simples
1) Notion de pH
La concentration en ion H3O+ est assez faible et prend des valeurs de 10
-pH.
Si lacidit diminue, sa concentration en H+ diminue et donc le pH augmente. Pour calculer un pH il
faut arriver dterminer une concentration en ions H3O+, on va chercher lexprimer en fonction de
paramtre connu du type Ca, Cb, Ka
On crit les diffrentes ractions associes leur quilibre.
On crit les quations de conservation de la masse des composs en solution.
On crit les quations de neutralit lectrique (somme des charges positives = sommes des
charges ngatives).
2) pH de leau pure
Rappel
Bilan lectrique :
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Le pH est le pH neutre. En dessous de 7 pH acide, au dessus pH basique.
3) Expression de pH
a) pH des solutions dacides forts
Soit Ca la concentration en acide fort (Ca concentration initial en acide)
Remarque si lacide comporte deux fonctions acides
b) pH des solutions de bases fortes
c) pH de solutions dacides faibles, de base faible, et de mlange acide base
Soit un acide HA en solution la concentration Ca et le sel correspondant NaA la concentration Cb.
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Cas dun acide faible
-Cb = 0
Cas dune base faible
- Ca = 0
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Cas dun mlange de lacide faible et de la base conjugue
d) pH de solution aqueuse de sels
Cas dun sel dacide fort et de base forte
Cas dun sel dacide fort et de base faible
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Cas dun sel dacide faible et de base forte
e) pH des solutions aqueuses dampholyte
Le pH est indpendant de la concentration pour les ampholytes
Exemple les acides amins
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Lespce lectriquement neutre nest pas la molcule mais lion dipolaire appel un zwitterion.
Du fait caractre amphotre le pH de solution dacide amin est la mme que celle des ampholytes (cf
ci-dessus). Ce pH particulier est appel pH isolectrique, car quand ces acides sont dans champs
lectrique, ces espces zwitterioniques sont inactives dans un champ lectrique car elles sont
neutres.
V) Neutralit acide-base
1) Gnralit
Rappel de lquation
Interaction de deux couples acides bases
La raction est quantitative si cette raction est entirement dplace vers la droite. On peut savoir si
la raction est quantitative en considrant la constante dquilibre de la raction.
Courbe de titrage
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Le titrage consiste suivre le dplacement chimique dun quilibre par
ajout dune base 2 un volume dtermin dacide 1. On ajoute des
quantits croissantes de base 2. Le point dquivalence est le point ou
lon a ajout de base quil y avait dacide.
2) Exemple de courbe de titrage
a) Dosage dun acide faible par une base forte
Titrage dun acide faible (50mL dacide actique 0.100m) par une base forte NaOH 0.100M.
Equation de dissociation de lacide :
Il se forme autant dion actate que lon ajout dion OH-.
Lquilibre est compltement dplac vers la droite.
Calcul de pH en fonction des ajoutes de NaOH
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Quand pH = pKa nous sommes la demie-quivalence. Cest le point ou lon ajout la moiti de
soude par rapport la quantit dacide de dpart.
Au-del du point dquivalence nous sommes en excs en de base. La soude se trouve dans la burette
et lacide dans un Erlenmeyer.
Lintrt est de pouvoir connaitre la concentration dun acide en solution partir dun volume et dune
concentration connue en base. On utilise un indicateur color pour pouvoir identifier la transition du
passage de la solution acide vers la solution basique, il faut que sa zone de virage soit contenue dans
la zone du point dquivalence.
b) Dosage dun polyacide faible par une base forte
Acide carbonique (diacide)
Premire quilibre
Deuxime quilibre
Lacide carbonique est instable :
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On a neutralis une acidit de lacide carbonique pour obtenir de lhydrognocarbonate. Or cest un
ampholyte, il peut accepter ou perdre des protons.
Pour ces trois points, on remarque que les pH sont indpendants de la concentration en acide et en
base. Pour des calculs de points intermdiaires, il faudrait connaitre la concentration en acide et en
base.
3) Systme tampon
Dfinition
Ce sont des solutions qui ont la proprit de rsister aux variations de pH lors de laddition dun
acide ou dune base, et elle rsiste aux variations de pH lors dune dilution. Ces solutions sont
constitues dun mlange en quantit voisine soit dun acide faible et de sa base conjugue. Soit dun
mlange dune base faible et de son acide conjugu. Ces situations nous les avons rencontres dans
des domaines voisins des pH voisin de la demi-quivalence
Expression du pH
Avec Cb concentration de la base et Ca concentration de lacide.
Ces variations ne rsistent pas toutes de la mme faon aux variations de pH. On dfinit ainsi la
capacit tampon.
Capacit tampon T
Elle correspond au nombre dquivalent acide ou basique ncessaire pour provoquer une variation
dune unit pour pH pour un litre de solution.
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Importance des tampons
Les activits physiologies et enzymatiques se droulent pH strictement contrl (carbonates,
phosphates, protines).
Le pH physiologique est fix 7.4
pH < 7.3 llimination du CO2 par la cellule devient impossible cest une acidose
pH >7.7 pas de transfert de CO2 dans les poumons alcalose
pH < 7.0 ou pH > 7.8 : mort des cellules par apoptose
Pour limiter les effets de lacidit de laspirine, certains excipients sont utiliss pour
tamponner lacidit de laspirine.