11.4 Pouvoir tampon
Biblio : Floril`ege de chimie pratique, F. Daumarie, P. Griesmar, S. Salzard
La seconde propri´et´e d’une solution tampon que l’on a mentionn´ee plus tˆot est la stabilit´e du pH lorsq’il y a ajout d’une base ou d’un acide `a la solution. Lors de l’ajout d’ions H3O+, ceux-ci r´eagissent avec la forme basique A−du couple servant de tampon et lors de l’ajout d’ions HO−, ceux-ci r´eagissent avec la forme acide AH. Au final, tant que les concentrations ajout´ees ne sont pas trop importantes, le rapport varie peu et le pH reste constant. Dans un b´echer, on verse 100 mL d’une solution d’acide ´ethano¨ıque `a 0,87 mol/L et 100 mL d’une solution d’´ethanoate de sodium `a 1 mol/L. A l’aide d’une burette gradu´ee, on verse progressivement (1 mL `a la fois) une solution de soude `a C0 = 1 mol/L. On mesure le pH en fonction de la concentration en soude vers´ee (car V0 V). A partir des donn´ees pr´ec´edentes, on trace alorsCen fonction du pH. On obtient une droite dont la pente permet de d´efinir la valeur qui est le pouvoir tampon de la solution. Moins le pH de celle-ci est sensible `a l’ajout de soude et plus le pouvoir tampon sera important.
Par r´egression lin´eaire, on mesure β = 0,377 mol/L. A pr´esent on utilise une solution dix fois moins concentr´ee (obtenue par dilution d’une partie du tampon pr´ec´edent avant
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etude). En suivant le mˆeme protocole avec la soude `a 1 mol/L, on trace pour la solution dilu´ee C en fonction de ∆pH. Cette fois-ci les points ne sont pas parfaitement align´es. On voit la limite de l’efficacit´e du tampon. Par r´egression lin´eaire sur les premiers points, on mesureβ = 4,39.10−2mol/L. L’effet tampon est d’autant plus grand que les concentrations des esp`eces de la solution tampon sont importantes. On s’aper¸coit qu’une dilution par 10 entraˆıne une diminution d’un facteur ´equivalent du pouvoir tampon. Ceci implique que pour qu’un tampon soit efficace, la concentration des esp`eces du couple doit ˆetre suffisante.
Cela va d´ependre de la concentration en ions HO− (dans le cas pr´esent mais aussi H3O+ introduits en solution lors d’une ´eventuelle r´eaction.
11.5 Conclusion
Il faut retenir de ce montage la notion de force pour les acides et les bases. On les compare par leurs pKa. Certains acides ou bases ne sont pas stables en milieux aqueux et r´eagissent avec l’eau quantitativement pour former leur conjugu´e. Ce sont les acides et bases forts.
Alors que ces derniers permettent de r´ealiser des r´eactions acido-basiques de dosage plus facilement, les acides et bases faibles formant des couples permettent la cr´eation de solu-tion tampons qui maintiennent un pH constant dans le milieu r´eactionnel quand cela peut ˆ
etre n´ecessaire. On citera comme exemple le dosage des ions Ca2+ et Mg2+ pr´esents dans une eau min´erale (mesure de sa duret´e) par l’EDTA. L’indicateur color´e marquant l’´ equi-valence (NET) n’est efficace que sous sa forme HT−2 pr´edominante `a pH=10. Un tampon
92 Chapitre 11. M11 : M´elange d’acides et de bases ; solutions tampons ammoniacal fait l’affaire et permet de maintenant le pH mˆeme lorsque l’EDTA du dosage am`enerait `a une augmentation de la concentration en ions oxonium. Enfin, le cas le plus simple d’utilisation des solutions acido-basiques tampon est l’´etalonnage du pH-m`etre. On utilise un tampon `a pH = 7 et un `a pH = 4 ou `a pH = 10 en fonction du domaine de pH (acide ou basique) dans lequel on travaille.
Chapitre 12
M12 : R´eactions d’oxydor´eduction en solution aqueuse
Introduction Qu’est ce qu’une r´eaction d’oxydor´eduction ? et quelles sont ses caract´ e-ristiques ? c’est ce que nous allons voir dans ce montage. Mais avant tout nous savons que ce sont des r´eactions qui mettent en jeu des oxydants et des r´educteurs appartenant `a des couples Ox/Red (leur diff´erence est leur degr´e d’oxydation). Ce sont donc des r´eactions o`u il y a un ´echange d’´electrons.
12.1 Qu’est ce qu’une r´ eaction d’oxydor´ eduction ?
On va s’int´eresser ici `a deux couples redox (caract´eris´es par leurs potentiels d’oxydor´ educ-tion Eox/red).
Remarque : Ce potentiel quantifie l’aptitude de l’oxydant ou du r´educteur du couple `a intervenir dans des r´eactions d’oxydor´eduction.
On utilise des colonnes pour que l’exp´erience soit visuelle, dans la premi`ere on place un bout de coton puis du zinc en poudre que l’on mouille avec de l’eau puis on ajoute une solution de sulfate de cuivre (CuSO4) `a 0,1 mol/L. On observe l’apparition de cuivre m´ etal-lique (couleur cuivre) `a l’interface entre la poudre m´etallique et la solution (si l’on touche la colonne on sent de la chaleur, ce qui prouve qu’il y a r´eaction). De plus, il sort de la colonne une solution incolore contenant des ions Zn2+ (que l’on peut caract´eriser avec HO− grˆace
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a l’apparition d’un pr´ecipit´e blanc Zn(OH)2). Dans la seconde apr`es avoir ins´er´e un bout de coton, on ajoute du cuivre en poudre (attention poudre tr`es l´eg`ere... pas facile) que l’on mouille puis on ajoute une solution de sulfate de zinc (ZnSO4) 0,1 mol/L. On n’observe
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94 Chapitre 12. M12 : R´eactions d’oxydor´eduction en solution aqueuse pas de formation de zinc m´etallique et la solution qui sort est incolore (il n’y a donc pas d’ion Cu2+ en solution car ils sont de couleur bleu) on peut v´erifier qu’il n’y a pas eu de r´eaction en ajoutant de la soude s’il y a apparition d’un pr´ecipit´e bleu (signification de pr´esence d’ions Cu2+) il y a eu r´eaction, s’il y a apparition d’un pr´ecipit´e blanc (significa-tion de pr´esence d’ions Zn2+) il n’y a pas eu de r´eaction (c’est ce que l’on observe). Cette manipulation nous permet de voir qu’une r´eaction spontan´ee `a lieu :
Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq)
(et pas sa r´eaction inverse) (ce qui nous permet par la mˆeme occasion de classer les poten-tiels des couples Cu2+(aq)/Cu(s) et Zn2+(aq)/Zn(s) l’un par rapport `a l’autre) d’apr`es la r`egle du gamma le potentiel du couple du cuivre est plus ´elev´e que le potentiel du couple du zinc.
Pour visualiser une autre r´eaction d’oxydor´eduction on peut placer un tortillon de cuivre dans une solution de nitrate d’argent (AgNO3) et on voit l’apparition de cristaux d’argent se former sur le tortillon de cuivre.
La r´eaction est alors :
2Ag+(aq) + Cu(s) = 2Ag(s) + Cu2+(aq)
Ainsi, le potentiel du couple de l’argent est plus ´elev´e que celui du cuivre (si l’on consid`ere que la r´eaction inverse n’est pas spontan´ee).
Conclusion : une r´eaction d’oxydor´eduction est une r´eaction entre deux couples redox pen-dant laquelle il y a un transferts d’´electrons. Il existe entre deux couples redox seulement une r´eaction spontan´ee thermodynamique de r´eaction.