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Chapitre III : Chimie des solutions, applications aux réactions de complexation I. La nature d’un complexe C’est un édifice polyatomique constitué d’un atome ou d’un cation central auquel sont liés des molécules ou des ions appelés ligands. Le complexe formé : MLn est potentiellement un donneur de ligands L alors que le métal ou ion métallique M est un accepteur de ligands I. La nature d’un complexe Hémoglobine Dans le monde animal, le complexe « hème » est organisé autour de l’ion Fe2+ , il capte le dioxygène de l’air pour le transporter dans le sang. Dans le monde végétal avec la chlorophylle, un complexe organisé autour de l’ion Mg2+ qui absorbe Chlorophylle la lumière et permet la photosynthèse. I. La nature d’un complexe Les ligands sont des molécules ou des ions possédant au moins un doublet d’électrons libres. Les ligands les plus simples sont NH3 , H2O ou l’ion cyanure CN -: ils sont monodentates. H N H H H O H C - N I. La nature d’un complexe On trouve aussi des ligands contenants plusieurs doublet d’électrons libres : l’ion oxalate est bidentate O O C O - C O - I. La nature d’un complexe Le cas de l’éthylène diaminetétracétique noté H4Y Avec 4 fonctions acide carboxylique, c’est est un ligand potentiellement quadridentate. HO O Il est noté Y4- O C C H 2C N CH2 CH2 N OH CH2 CH2 C CH2 O C OH O OH I. La nature d’un complexe Le nombre de liaisons liant l’atome ou l’ion central aux ligands est appelé indice de coordination. Cas d’un complexe Ag(NH3)2+ argent ammoniac : coordination = 2 Cas d’un complexe [Fe(CN)6]4- hexacyanoferrate : coordination = 6 II. Equilibre de complexation A l’image d’un équilibre acido-basique, on a l’équilibre de complexation M + n L = MLn On associe à cet équilibre une constante d’équilibre: bn= bn [MLn] [M] . [L]n la constante globale de formation ou constante de stabilité du complexe II. Equilibre de complexation Le nombre de ligands peut évoluer en fonction des conditions expérimentales, on forme des complexes successifs : MLi-1 + L = MLi On associe deux constantes d’équilibre: [MLi] 1 Kfi= = Kdi [MLi-1] . [L] Avec Kfi la constante successive de formation et Kdi la constante de dissociation II. Equilibre de complexation On cherche le lien entre Kfi et bn: Hypothèse 1 : un seul ligand : n = i = 1 M (aq) + L (aq) = ML (aq) b1 = [ML] [M] . [L] Kf1= Dans ce cas particulier : [ML] [M] . [L] b1 = Kf1 On cherche le lien entre Kfi et bn: Hyp 2 : deux ligands : n = 2 et i = 1 et 2 M + 2 L = ML2 M + L = ML ML + L = ML2 b2= [ML2] [M] . [L]2 Kf1= Kf2= [ML] [M] . [L] [ML2] [ML] . [L] On cherche le lien entre Kfi et bn: Hyp 2 : deux ligands : n = 2 et i = 1 et 2 Si on réalise le produit: Kf1 * Kf2 Kf1 * Kf2 = [ML] [M] . [L] Kf1 * Kf2 = * [ML2] [ML] . [L] [ML2] [M] . [L]2 = b2 On cherche le lien entre Kfi et bn: On généralise l’expression à n ligands : n = n et i = 1, 2,…n b2 = Kf1 * Kf2 b3 = Kf1 * Kf2 * Kf3 bn = Kf1 * Kf2 * … * Kfn Remarque : Certaines données sont en log Kfi et log bn log b2 = log Kf1 + log Kf2 log b3 = log Kf1 + log Kf2 + log Kf3 log bn = log Kf1 + log Kf2 + …+ log Kfn III. Domaines de prédominance On cherche à représenter, sur un axe gradué en pL, les différents domaines où chaque complexe est prédominant. On utilise l’expression de Kfi, on extrait pL : log K fi M Li log log L ML i 1 Avec : p L lo g L III. Domaines de prédominance A la frontière des deux domaines : [MLi] = [MLi-1] Ainsi on a : pL log K fi M Li log ML i 1 pL = log Kfi - log 1 = log Kfi III. Domaines de prédominance C’est un échange de ligands, on a le diagramme de prédominance en fonction de pL : M L i M L i 1 M Li M L i M L i 1 log Kfi est l ’espèce prédominante M L i M L i 1 M Li 1 pL est l ’espèce prédominante Côté gauche, on a le maximum de ligands, et côté droit on finit par le métal seul.