I les transformations chimiques ne sont pas toujours totales, exemple des réactions acido-basiques








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4) Réaction entre un acide faible et l’eau

  1. Tableau d’avancement

On note c la concentration apportée en acide faible

Etat

avancement




EI

















EF ………….






= cV- xf

solvant


= xf


= xf

EF si …………






= cV- xmax

solvant


= xmax


= xmax

A l’EF réel, il y a coexistence, en solution de ……………………………………………………………


  1. Constante d’acidité d’un couple acido-basique

Tout couple acide faible/base faible par exemple AH(aq) /A-(aq) est caractérisée par une constante sans dimension, notée Ka, dont la valeur ne dépend que de la température est est tabulée (livre handbook).


Exemples : à 25 °C, on a :

couple

CH3CO2H/………..

(CO2, H2O)/……….

…………/…………

……………. / ………..

Noms des espèces

………………….. / …………….

…………………… / ………………

Ion ammonium / ………….

Ion hydrogénocarbonate/ ion carbonate

Ka

1,6.10-5

4,0.10-7

6,3.10-10

5,0.10-11














Lorsqu’un système chimique n’évolue plus et qu’il renferme un acide faible AH et sa base faible A-, alors les concentrations de ces deux espèces et celle des ions H3O+(aq) vérifient :
Ou plus simplement, avec des concentrations en mol.L-1 :





  1. pKa

Les valeurs des Ka présentant plusieurs ordres de grandeur suivant les couples mis en jeu, on introduit le pKa de chaque couple défini par :

pKa = -log(Ka) donc, inversement, Ka = …………

Compléter la dernière ligne du tableau du b)


  1. Bilan de matière dans l’état final (attention, limite du programme)

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5) Réaction entre une base faible et l’eau

  1. Tableau d’avancement

On note c la concentration apportée en acide faible

Etat

avancement




EI

















EF ………….






= cV- xf

solvant


= xf


= xf

EF si …………






= cV- xmax

solvant


= xmax


= xmax

A l’EF réel, il y a coexistence, en solution de ……………………………………………………………


  1. Bilan de matière dans l’état final (attention, vraiment limite du programme)

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IV Domaines de prédominance
1) La définition du Ka d’un couple, un peu « déguisée »

L’équation reliant Ka et les différentes concentrations peut s’écrire un peu différemment :

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pH =



2) Prédominance d’une espèce d’un couple face à l’autre


On dit que une espèce E1 prédomine sur une autre E2, en solution, si et seulement si [……] > [……]


Application : on considère l’état final d’un système chimique dans lequel coexistent un acide faible AH(aq) et sa base faible conjuguée A-(aq).

Supposons que l’acide prédomine sur la base :

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On résume ceci sur diagramme de prédominance qui est un axe gradué en pH.

  • Sur l’exemple de l’acide éthanoïque et sa base : (pKa = 4,8 à 25°C) :



  • Sur l’exemple de la méthylamine et son acide conjugué (pKa = 10,6 à 25°C)

Le couple est le suivant :

Attention ! La base peut très bien prédominer alors que la solution est acide. L’acide peut très bien prédominer alors que la solution est basique

  • Le cas très particulier des acides -aminés

Rappel : formule « générique » d’un acide -aminé :

A retenir : Le groupe carboxyle d’un acide -aminé est à l’origine d’un premier couple acidobasique –COOH/ -COO- de pKa voisin de 2 noté pKa1 . Le groupe amino d’un acide -aminé est à l’origine d’un deuxième couple acidobasique –NH3+/ -NH2 de pKa voisin de 10, noté pKa2.


Valeurs à 25°C :


La formule générique de la valine est la suivante : afficher l\'image d\'origine

Donner son diagramme de prédominance et dessiner les espèces correspondantes en développant les deux groupes fonctionnels en écriture de Lewis.

Quelle est la charge de la valine suivant le pH ?

Que dire de la forme générique qui ne fait apparaître aucune charge d’un acide aminé ?

V Tampon acido-basique

1) Mise en évidence et définition

Inclure le TP de M. Janvier. Connaître la définition et les procédés employés.
2) Comment obtenir une solution tampon ?

3) Importance des solutions tampon en milieu biologique

Document 1 : fonctionnement d’une enzymeafficher l\'image d\'origine

Une enzyme est une protéine particulière qui est un catalyseur biologique. Pour que la catalyse fonctionne, l’enzyme doit être liée à son substrat au niveau du site actif. Si elle n’y parvient pas, l’activité enzymatique devient très faible et la réaction ne peut être catalysée. D’où un problème qui peut subvenir ensuite si par exemple le substrat doit être détruit.




NH2

OH

O

O

Document 2 : une enzyme particulière (situation imagée)

On considère pour simplifier une enzyme qui possède au sein de son site actif deux acides aminés assez proches : une tyrosine et une lysine. Les groupements phénol et amine sur les chaines latérales de ces acides aminés permettent, quand ils sont non chargés uniquement, de fournir des H pouvant intervenir dans les liaisons H avec leur substrat.






Document 3 : données chimiques

Acide aminé

Forme acide/base de la fonction acidobasique sur la chaine latérale (à compléter)

pKa de la fonction acidobasique de la chaine latérale

afficher l\'image d\'origine

tyrosine

R-OH / ………….

10,0

afficher l\'image d\'origine

lysine

………… / R-NH2

10,1





Répondre aux questions suivantes sur feuille séparée

1) Rappeler les conditions d’obtention d’une liaison H

2) Schématiser l’enzyme et son substrat lié par les liaisons H.

3) Quelles valeurs de pH sont autorisées afin que l’enzyme du document 2 ait une activité non négligeable ?

4) En déduire l’importance de la présence de tampon en milieu biologique en utilisant cet exemple.

VI Titrages acido-basiques

1) A la découverte de l’équivalence pour un titrage acido-basique par suivi pHmétrique

a) Préliminaires

Relire le cours sur les titrages et bien le connaître. Répondre sur feuille séparée.

Le titrage effectué aujourd’hui est un titrage « biaisé » puisque vous allez connaître à l’avance la concentration de la solution titrée. Il a seulement pour but de vous faire visualiser comment on peut obtenir la situation correspondant à l’équivalence en suivant le pH du système au cours des ajouts successifs de la solution titrante.

La solution titrante est une solution d’hydroxyde de sodium (ou soude) (Na+ (aq)+ HO-(aq)) de concentration cB = 1,00.10-1 mol.L-1. On dose VA = 10,0 mL de vinaigre blanc dilué au 10ème. Le vinaigre blanc est assimilable à une solution aqueuse d’acide éthanoïque. On utilise ici un vinaigre à 8° : cela signifie que dans 100 g de vinaigre, on trouve 8 g d’acide éthanoïque exactement. La masse volumique du vinaigre est ρ = 1,0 g.mL-1. La masse molaire de l’acide éthanoïque est M (CH3COOH) = 60,0 g.mol-1.

(*) 1) De la définition du degré du vinaigre, déterminer la concentration en acide éthanoïque du vinaigre. En déduire celle du vinaigre dilué qui est titré. Attention ! Tout le monde doit savoir faire cela maintenant très proprement ! Demandez de l’aide.

(*) 2) Indiquer le réactif titrant et le réactif titré. Ecrire l’équation chimique de la réaction associée à la transformation du titrage.

(*) 3) Rappeler la définition de l’équivalence. Dresser le tableau d’avancement du titrage correspondant à l’équivalence. On rappelle qu’une réaction de titrage est toujours quasi-totale. Préciser alors pourquoi seulement deux lignes suffisent dans ce tableau. En déduire très proprement le volume de solution titrante versé à l’équivalence VE. Donner les trois autres caractéristiques que doit satisfaire une réaction de titrage.

(*) 4) Justifier la nécessité de diluer le vinaigre au 10ème.
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