L’équilibre chimique estérification- hydrolyse. I. Caractéristiques de la réaction...

L’équilibre L’équilibre chimique chimique

estérification-estérification-hydrolysehydrolyse

I. Caractéristiques I. Caractéristiques de la réaction de la réaction

d’estérification.d’estérification.

1. La réaction :1. La réaction :

Acide + alcool = ester + eauAcide + alcool = ester + eau

R-CO2H + R’-OH = R-CO2-R’ + H2O.

2. Étude expérimentale.2. Étude expérimentale.a) Protocole.a) Protocole.

2. Étude expérimentale.2. Étude expérimentale.

b) Résultatsb) Résultats

2/3 nA(0) 2/3nA(0) 1/3 nA(0)1/3 nA(0)État final

xxnA(0)-xnA(0) - xEn cours

00nA(0)nA(0)E. Initial

R-CO2H + R’-OH = R-CO2-R’ + H2O

3. Propriétés.3. Propriétés. L’estérification est une réaction lenteL’estérification est une réaction lente..

A 15°C, le système n’évolue plus au bout de 15 ans.

A 20°C, le système n’évolue plus au bout de 1 an.

A 100°C, le système n’évolue plus au bout de 8 jours.

A 200°C, le système n’évolue plus au bout de 1heure.

3. Propriétés.3. Propriétés. L’estérification est une réaction limitéeL’estérification est une réaction limitée..

Lorsque le système n’évolue plus, il reste de l’alcool et de l’acide.

Avancement maximal: xmax = nA(0)Taux d’avancement final: = 67%

3. Propriétés.3. Propriétés. La limite d’estérification est La limite d’estérification est

indépendante de la température.indépendante de la température.

La présence du catalyseur HLa présence du catalyseur H+ + permet permet d’atteindre plus facilement la limite d’atteindre plus facilement la limite

d’estérification mais ne la modifie pas. d’estérification mais ne la modifie pas.

Évolution des quantités Évolution des quantités d’acide et d’esterd’acide et d’ester

n0

2/3n0

Influence de la Influence de la températuretempérature

Influence des ions HInfluence des ions H++

II. Caractéristiques II. Caractéristiques de la réaction de la réaction d’hydrolyse.d’hydrolyse.

1. La réaction :1. La réaction :

ester + eau = Acide + alcoolester + eau = Acide + alcool

R-CO2-R’ + H2O = R-CO2H + R’-OH

2. Étude expérimentale.2. Étude expérimentale.a) Protocole.a) Protocole.

2. Étude expérimentale.2. Étude expérimentale.

b) Résultatsb) Résultats

1/3 nE(0) 1/3nE(0) 2/3 nE(0)2/3 nE(0)État final

xxnE(0)-xnE(0) - xEn cours

00nE(0)nE(0)E. Initial

R-CO2-R’ + H2O = R-CO2H + R’-OH

3. Propriétés.3. Propriétés. L’hydrolyse est une réaction lenteL’hydrolyse est une réaction lente.. L’hydrolyse est une réaction limitéeL’hydrolyse est une réaction limitée..

Lorsque le système n’évolue plus, il reste de l’ester et de l’eau.

Avancement maximal: xmax = nE(0)Taux d’avancement final: = 33%

3. Propriétés.3. Propriétés. La limite d’hydrolyse est indépendante La limite d’hydrolyse est indépendante

de la température.de la température.

La présence du catalyseur HLa présence du catalyseur H+ + permet permet d’atteindre plus facilement la limite d’atteindre plus facilement la limite

d’hydrolyse mais ne la modifie pas. d’hydrolyse mais ne la modifie pas.

Évolution des quantités Évolution des quantités d’acide et d’esterd’acide et d’ester

2/3n0

n0

1/3n0

Influence de la Influence de la températuretempérature

Influence des ions HInfluence des ions H++

III. L’équilibre III. L’équilibre estérification-hydrolyseestérification-hydrolyse1. L’équilibre.1. L’équilibre.

• Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont inverses l’une de l’autre et ont lieu simultanément.

• Elles se limitent l’une l’autre et conduisent à un état d’équilibre chimique.

• Cet état est atteint lorsque la vitesse de formation de l’ester par la réaction d’estérification est exactement égale à sa vitesse de disparition par hydrolyse.


Cet équilibre est caractérisé par une constante d’équilibre K(T) :

( ) ( )

( ) ( )

éq éq

éq éq

ester eauK

alcool acide


• Cette constante peut se réécrire, en notant V le volume du système:

( ) ( )

( ) ( )

ester eau

éq éq

acide alcool

éq éq

n n

V VK

n n

V V


• Cette constante peut se réécrire, en notant V le volume du système:

( ) ( )

( ) ( )

ester eauéq éq

acide alcooléq éq

n nK

n n

2. 2. Facteurs influençant l’équilibre.Facteurs influençant l’équilibre.

III. L’équilibre III. L’équilibre estérification-hydrolyseestérification-hydrolyse

Les réactions sont athermiques.Dans ce cas K(T) ne dépend pas de T.

Pour un alcool primaire K = 4.

a ) Influence de la température.



Un catalyseur ne modifie pas un état d’équilibre car il catalyse de la même

façon les deux réactions inverses l’une de l’autre.

Il permet d’atteindre plus rapidement l’état d’équilibre.

b) Influence du catalyseur

2. 2. Facteurs d’influençant l’équilibre.Facteurs d’influençant l’équilibre.


Le taux d’avancement final de la réaction d’estérification dépend très peu de la nature

de l’acide carboxylique mis en jeu.

c) Influence de la nature des réactifs



Il dépend nettement de la classe de l’alcool utilisé.




Pour des mélanges équimolaires en acide carboxylique et alcool, le taux

d’avancement final de la réaction est de :

67 % si l’alcool est primaire,60 % si l’alcool est secondaire,

5 % si l’alcool est tertiaire.


III. L’équilibre III. L’équilibre estérification-hydrolyseestérification-hydrolyse2. 2. Facteurs influençant l’équilibre.Facteurs influençant l’équilibre.

d) Influence des proportions initiales des réactifs.

0,9515

0,9551

0,6711

AlcoolAcide

Mélange initial

Le taux d’avancement final de la réaction d’estérification,

est d’autant plus élevé que l’un des réactifs est en plus fort

excès.

InterprétationInterprétation

Si, au système à d’équilibre , on ajoute de l’alcool, nalcool croît et le quotient de réaction diminue ; Qr est alors inférieur à K, le système évolue dans le sens direct de l’estérification en produisant de l’ester et de l’eau tout en consommant de l’acide et de l’alcool jusqu’à ce qu’à ce que le quotient de réaction soit à nouveau égal à K.

( ) ( )

( ) ( )

ester eauéq éq

acide alcooléq éq

n nK

n n

ConclusionConclusion

L’utilisation d’un excès d’acide ou L’utilisation d’un excès d’acide ou d’alcool, augmente le taux d’alcool, augmente le taux

d’avancement final de d’avancement final de l’estérification et permet d’en l’estérification et permet d’en

améliorer le rendementaméliorer le rendement..

Autres méthodes Autres méthodes permettant d’améliorer permettant d’améliorer le rendement de le rendement de l’estérification.l’estérification.

extraction de l’ester :extraction de l’ester :

Si la température d’ébullition de l’ester Si la température d’ébullition de l’ester est nettement inférieure à celles des est nettement inférieure à celles des autres constituants du système, il est autres constituants du système, il est

possible de l’extraire du mélange possible de l’extraire du mélange réactionnel, au fur et à mesure, par réactionnel, au fur et à mesure, par

distillation fractionnée.distillation fractionnée.

Autres méthodes Autres méthodes permettant d’améliorer permettant d’améliorer le rendement de le rendement de l’estérification.l’estérification.

L’eau peut être éliminée, au fur et à mesure de sa formation, en

introduisant dans le mélange réactionnel une substance très avide

d’eau mais sans réaction avec les autres constituants (par exemple un

déshydratantdéshydratant tel que l’acide sulfurique concentré).

ConclusionConclusion

L’élimination de l’eau ou de l’ester L’élimination de l’eau ou de l’ester lors de leur lors de leur formation, déplace , déplace

l’équilibre dans le sens direct de l’équilibre dans le sens direct de l’estérification et permet d’en l’estérification et permet d’en

améliorer le rendement.améliorer le rendement.

FINFIN

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