16.9: Titrage d'un polyacide

Un acide polyprotique contient plus d'un hydrogène ionisable et subit un processus d'ionisation par étapes.  Si les constantes de dissociation acide des protons ionisables diffèrent suffisamment l'une de l'autre, la courbe de titrage de ces acides polyprotiques génère un point d'équivalence distinct pour chacun de ses hydrogènes ionisables. Par conséquent, le titrage d'un acide diprotique entraîne la formation de deux points d'équivalence, alors que le titrage d'un acide triprotique conduit à la formation de trois points d'équivalence sur la courbe de titrage.

L'acide carbonique, H₂CO₃, est un exemple d'acide diprotique faible. La première ionisation de l'acide carbonique produit des ions hydronium et des ions bicarbonate en petites quantités.

Première ionisation :

L'ion bicarbonate peut également agir comme un acide. Il s'ionise et forme des ions hydronium et des ions carbonate en quantités encore plus petites.

Seconde ionisation :

Le K_a1 est plus grand que le Ka2 par un facteur de 10⁴. Par conséquent, lorsque H₂CO₃ est titré avec une base forte comme NaOH, il produit deux points d'équivalence distincts pour chaque hydrogène ionisable.

L'acide phosphorique, un acide triprotique, s'ionise en trois étapes :

Première ionisation :

Deuxième ionisation :

Troisième ionisation :

Lorsque H₃PO₄ est titré avec une base forte comme KOH, il produit trois points d'équivalence pour chaque hydrogène ionisable. Cependant, comme HPO₄²⁻ est un acide très faible, le troisième point d'équivalence n'est pas facilement discernable sur la courbe de titrage.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 14.5 : Acides polyprotiques.

Un acide polyprotique contient plusieurs protons ionisables, et chacun se dissocie dans une étape distincte. La perte de chaque proton a un Ka différent, et chaque constante de dissociation acide subséquente est plus faible que le précédent. Par exemple, l'acide sulfureux a deux protons ionisables.

Le Ka1 pour la dissociation du premier proton est de 1, 6 10⁻², alors que le Ka2 pour la dissociation du deuxième proton est de 6, 4 10⁻⁸. Si l'acide sulfureux est titré avec une base forte, comme l'hydroxyde de sodium, le premier proton ionisable est éliminé initialement, générant des ions sulfite d'hydrogène. Cette partie de la courbe de titrage est similaire à celle d'un acide monoprotique faible et une base forte.

Il a un point d'équivalence et le pH de la solution au point de demi-équivalence est égal à pKa1. Au fur et à mesure que la base est ajoutée, elle neutralise le deuxième proton ionisable. Comme la concentration d'ion sulfite d'hydrogène est égal à l'acide sulfureux initial, la même quantité de base est nécessaire pour la neutraliser.

Par conséquent, deux moles d'une base sont nécessaires pour neutraliser complètement une mole d'acide diprotique. La courbe de titrage pour la deuxième étape de neutralisation a également un deuxième point de demi-équivalence, où le pH de la solution est égal à pKa2, et un deuxième point d'équivalence, qui se situe dans la région de base. De même, la courbe pour le titrage d'acide phosphorique triprotique à base forte a trois points d'équivalence.

Par conséquent, lors du titrage de l'acide polyprotique faible, le nombre de points d'équivalence générés sur la courbe de titrage est égale au nombre de protons ionisables présents tant que la différence entre les valuers Ka, des protons ionisables est supérieure à dix mille fois.