L’équilibre chimique estérification- hydrolyse

(1)

L’équilibre chimique estérification-

hydrolyse

(2)

I. Caractéristiques

de la réaction

d’estérification.

(3)

1. La réaction :

Acide + alcool = ester + eau R-CO₂H + R’-OH = R-CO₂-R’ + H₂O.

(4)

2. Étude expérimentale.

a) Protocole.

(5)

b) Résultats

2/3 n_A(0) 2/3n_A(0)

1/3 n_A(0) 1/3 n_A(0)

État final

x x

n_A(0)-x n_A(0) - x

En cours

0 0

n_A(0) n_A(0)

E. Initial

R-CO₂H + R’-OH = R-CO₂-R’ + H₂O

(6)

3. Propriétés.

 L’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.

(7)

 L’estérification est une réaction limitée.

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

Avancement maximal: x_max = n_A(0) Taux d’avancement final: τ = 67%

(8)

 La limite d’estérification est

indépendante de la température.

 La présence du catalyseur H⁺permet d’atteindre plus facilement la limite d’estérification mais ne la modifie pas.

(9)

Évolution des quantités d’acide et d’ester

n

0

2/3n₀

(10)

Influence de la température

(11)

Influence des ions H⁺

(12)

II. Caractéristiques de la réaction

d’hydrolyse.

(13)

1. La réaction :

ester + eau = Acide + alcool R-CO₂-R’ + H₂O = R-CO₂H + R’-OH

(14)

a) Protocole.

(15)

b) Résultats

1/3 n_E(0) 1/3n_E(0)

2/3 n_E(0) 2/3 n_E(0)

État final

x x

n_E(0)-x n_E(0) - x

En cours

0 0

n_E(0) n_E(0)

E. Initial

R-CO₂-R’ + H₂O = R-CO₂H + R’-OH

(16)

 L’hydrolyse est une réaction lente.

 L’hydrolyse est une réaction limitée.

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

Avancement maximal: x_max = n_E(0) Taux d’avancement final: τ = 33%

(17)

 La limite d’hydrolyse est indépendante de la température.

 La présence du catalyseur H⁺permet d’atteindre plus facilement la limite d’hydrolyse mais ne la modifie pas.

(18)

Évolution des quantités d’acide et d’ester

2/3n₀ n

0

1/3n₀

(19)

Influence de la température

(20)

Influence des ions H⁺

(21)

III. L’équilibre

estérification-hydrolyse

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.

(22)

1. L’équilibre.

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

[ ] [ ]

[ ]

_{( )}^{( )}_éq^éq

[

^{( )}^éq

]

_{( )}_éq

ester eau K alcool acide

= ×

×

(23)

1. L’équilibre.

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

( ) ( )

ester eau

éq éq

acide alcool

éq éq

n n

V V

K n n

V V

  ×  

   

   

=   ×  

   

(24)

1. L’équilibre.

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

( ) ( )

(

_acide^ester

)

_{( )}_éq^{( )}^éq

(

_alcool^eau ^{( )}

)

^éq_{( )}_éq

n n

K n n

= ×

×

(25)

2. Facteurs influençant l’équilibre.

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.

(26)

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

(27)

2. 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

(28)

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

(29)

Pour des mélanges équimolaires en acide carboxylique et alcool, le taux d’avancement final de la réaction est

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

5 % si l’alcool est tertiaire.

(30)

d) Influence des proportions initiales des réactifs.

1 0,95 5

5 0,95 1

0,67 1

1

Alcool

AcideMélange initial τ

(31)

Le taux d’avancement final τ de la réaction d’estérification, est d’autant plus élevé que l’un

des réactifs est en plus fort

excès.

(32)

Interprétation

Si, au système à d’équilibre , on ajoute de l’alcool, n_alcool croît et le quotient de réaction diminue ; Q_r 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.

( ) ( )

(

_acide^ester

)

_{( )}_éq^{( )}^éq

(

_alcool^eau ^{( )}

)

^éq_{( )}_éq

n n

K n n

= ×

×

(33)

Conclusion

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

d’avancement final de

l’estérification et permet d’en améliorer le rendement.

(34)

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

extraction de l’ester :

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

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

distillation fractionnée.

(35)

Autres méthodes permettant d’améliorer le rendement de 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 déshydratant tel que l’acide sulfurique

concentré).

(36)

Conclusion

L’élimination de l’eau ou de l’ester lors de leur formation, déplace l’équilibre dans le sens direct de

l’estérification et permet d’en améliorer le rendement.

(37)

L’équilibre chimique estérification- hydrolyse