Objectif d’apprentissage
- Identifiez les principales caractéristiques qui distinguent les acides polyprotiques des acides monoprotiques.
Points clés
- Les acides polyprotiques peuvent perdre deux ou plusieurs protons acides; les acides diprotiques et triprotiques sont des types spécifiques d’acides polyprotiques qui peuvent perdre deux et trois protons, respectivement.,
- Les acides polyprotiques présentent autant de points d’équivalence dans les courbes de titrage que le nombre de protons acides qu’ils ont; par exemple, un acide diprotique aurait deux points d’équivalence, alors qu’un acide triprotique aurait trois points d’équivalence.
- Pour les acides polyprotiques, le premier Ka est toujours le plus grand, suivi du second, etc.; ceci indique que les protons deviennent successivement moins acides à mesure qu’ils sont perdus.,
- Bien que la tendance à perdre chaque proton acide diminue à mesure que les protons suivants sont perdus, toutes les espèces ioniques possibles existent en solution; pour calculer leur concentration fractionnaire, on peut utiliser des équations qui reposent sur des constantes d’équilibre et la concentration de protons en solution.,hat contient dans sa structure moléculaire deux atomes d’hydrogène par molécule capables de se dissocier
- point d’équivalencele point où un titrant ajouté est stoechiométriquement égal au nombre de moles dans la substance d’un échantillon; la plus petite quantité de titrant nécessaire pour neutraliser complètement ou réagir avec l’analyte
- titrationdéterminer la concentration d’une substance dans une solution en ajoutant lentement des quantités mesurées d’une autre substance (souvent avec une burette) jusqu’à ce qu’une réaction soit complète
Comme leur nom l’indique, les acides polyprotiques contiennent plus d’un proton acide., Deux exemples courants sont l’acide carbonique (H2CO3, qui a deux protons acides et est donc un acide diprotique) et l’acide phosphorique (H3PO4, qui a trois protons acides et est donc un acide triprotique).
Les acides diprotiques et polyprotiques présentent des profils uniques dans les expériences de titrage, où une courbe pH / volume de titrant montre clairement deux points d’équivalence pour l’acide; c’est parce que les deux hydrogènes ionisants ne se dissocient pas de l’acide en même temps., Avec tout acide polyprotique, le premier proton le plus fortement acide de la dmla se dissocie complètement avant même que le deuxième proton le plus acide ne commence à se dissocier.
Acides diprotiques
Un acide diprotique (ici symbolisé par H2A) peut subir une ou deux dissociations en fonction du pH. La dissociation ne se fait pas toutes en même temps; chaque étape de dissociation a sa propre valeur Ka, désignée Ka1 et Ka2:
H_2A(aq) \rightleftharpoons H^+(aq) + HA^-(aq) \quad\quad K_{a1}
HA^-(aq) \rightleftharpoons H^+(aq) + A^{2-}(aq)\quad\quad K_{a2}
La première constante de dissociation est nécessairement supérieure à la seconde ( c’est-à-dire, Ka1 > Ka2); en effet, le premier proton à se dissocier est toujours le plus fortement acide, suivi dans l’ordre par le proton le plus fortement acide suivant., Par exemple, l’acide sulfurique (H2SO4) peut donner deux protons en solution:
H_2SO_4(aq)\rightarrow H^+(aq)+HSO_4^-(aq)\quad\quad K_{a1}=\text{large}
HSO_4^-(aq)\rightleftharpoons H^+(aq)+SO_4^-(aq)\quad\quad K_{a2}=\text{small}
Cette première étape de dissociation de l’acide sulfurique se produira complètement, c’est pourquoi l’acide sulfurique est considéré comme un acide fort; la deuxième étape de dissociation ne se dissocie cependant que faiblement.,
Acides triprotiques
Un acide triprotique (H3A) peut subir trois dissociations et aura donc trois constantes de dissociation: Ka1> Ka2> Ka3., Prenons, par exemple, les trois étapes de dissociation de l’acide phosphorique triprotique commun:
H_3PO_4(aq)\rightarrow H^+(aq)+H_2PO_4^-(aq)\quad\quad K_{a1}=grand
H_2PO_4^-(aq)\rightleftharpoons H^+(aq)+HPO_4^{2-}(aq)\quad\quad K_{a2}=small
HPO_4^{2-}\rightleftharpoons H^+(aq)+PO_4^{3-}(aq)\quad\quad K_{a3}=smallest
Concentration fractionnaire des Espèces de bases conjuguées
Bien que la perte subséquente de chaque ion hydrogène soit moins favorable, toutes les bases conjuguées d’un acide polyprotique sont présentes dans une certaine mesure en solution., Le niveau relatif de chaque espèce dépend du pH de la solution. Compte tenu du pH et des valeurs de Ka pour chaque étape de dissociation, nous pouvons calculer la concentration fractionnaire de chaque espèce, α (alpha). La concentration fractionnaire est définie comme la concentration d’une base conjuguée particulière d’intérêt, divisée par la somme des concentrations de toutes les espèces., Par exemple, un acide diprotique générique générera trois espèces en solution: H2A, HA– et A2 -, et la concentration fractionnaire de HA–, qui est donnée par:
\alpha=\frac{}{++}
La formule suivante montre comment trouver cette concentration fractionnaire de HA–, dans laquelle le pH et les constantes de dissociation acide pour chaque étape de dissociation sont connus:
