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15.8:

Solutions de base faible

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Chemistry
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Weak Base Solutions

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Une base faible, comme l’ammoniac, est une base Brønsted qui accepte un proton de l’eau pour produire l’ion hydroxyde. Les bases faibles réagissent partiellement avec l’eau selon leur constante de dissociation de base, Kb, qui est de 1, 76 10⁻⁵ pour l’ammoniac. Le Kb pour l’ammoniac peut être exprimé comme la concnentration d’ion ammonium multipliée par la concentration d’ion hydroxyde divisée par la concentration d’ammoniac à l’équilibre.Le Kb peut être utilisé pour déterminer la concentration en ions hydroxyde dans une solution de base faible et par conséquent, le pOH et le pH de la solution. La concentration en ions hydroxyde et le pH de 0, 23 M de solution d’ammoniac peut être déterminé en utilisant sa constante de dissociation de base et en préparant un tableau ICE contenant les valeurs initiales et d’équilibre de l’ammoniac, d’ions d’ammonium et ions hydroxyde. Substitution des concentrations d’équilibre dans l’expression Kb, Kb est égal à x fois x divisé par 0, 23 moins x.Comme les bases faibles montrent une dissociation partielle, 0, 23 moins x peut être considéré comme égal à environ 0, 23. Lorsque l’équation est résolue, x est égal à 2 10⁻³ molaire. Le rapprochement 0, 23 moins x est égale à 0, 23 est valable ici car la concentration en ions hydroxyde est seulement de 0, 86 0, 23 molaire.Pour calculer le pH de cette solution, déterminez d’abord le pOH en prenant le log négatif de la concentration en ions hydroxyde, ce qui est égale à 2, 70. Le pH peut être déterminé en utilisant la formule:pH plus pOH égal à 14 et calculé à 11, 30. Le Kb pour une solution de base faible peut être calculé si le pH de la solution de base faible est connu.La méthylamine est une base faible qui se dissocie dans l’eau en ions méthylammonium et les ions hydroxyde. Le Kb de la méthylamine peut être exprimé en concentration en méthylammonium ionique multipliée par la concentration d’ion hydroxyde divisée par la concentration de méthylamine à l’équilibre. Pour calculer le Kb d’une solution de méthylamine de 0, 040 molaire avec un pH de 11, 6, il faut d’abord calculer le pOH suivi de sa concentration en ions hydroxyde.Comme le pH étant de 11, 60, le pOH est de 2, 40, et sa concentration en ions hydroxyde est de 4, 0 10⁻³. La table ICE peut être construite à partir de l’initiale et les concentrations d’équilibre de méthylamine, méthylammonium et hydroxyde. La substitution des concentrations d’équilibre dans l’expression pour le Kb donne la valeur de Kb, qui est de 4, 4 10⁻⁴.

15.8:

Solutions de base faible

Certains composés produisent des ions hydroxyde lorsqu’ils sont dissous par réaction chimique avec des molécules d’eau. Dans tous les cas, ces composés ne réagissent que partiellement et sont donc classés comme des bases faibles. Ces types de composés sont également abondants dans la nature et ce sont d’importants produits de base dans diverses technologies. Par exemple, la production mondiale de la base faible ammoniac dépasse généralement 100 tonnes métriques par an, étant largement utilisée comme engrais agricole, matière première pour la synthèse chimique d’autres composés et ingrédient actif dans les nettoyants ménagers. Lorsqu’il est dissout dans l’eau, l’ammoniac réagit partiellement pour produire des ions d’hydroxyde, comme illustré ci-dessous :

Eq1

Il s’agit, par définition, d’une réaction acido-basique, dans ce cas impliquant le transfert d’ions H+ des molécules d’eau vers les molécules d’ammoniac. Dans des conditions normales, seulement environ 1 % de l’ammoniac dissous est présent sous forme d’ions NH4+.

Calcul des concentrations en ions d’hydroxyde et du pOH dans une solution de base faible

Trouvez la concentration de l’ion hydroxyde, le pOH, et le pH d’une solution de 0,25 M de triméthylamine, une base faible :

Eq2

Le tableau ICE de ce système est

(CH3)3N (aq) (CH3)3NH+ (aq) OH (aq)
Concentration initiale (M) 0,25 0 ~0
Changement (M) −x +x +x
Concentration à l’équilibre (M) 0,25 − x 0 + x ~0 + x

La substitution des termes de la concentration à l’équilibre dans l’expression de Kb donne

Eq3

En supposant que x << 0,25 et en résolvant x, cela donne

Eq4

Cette valeur est inférieure à 5 % de la concentration initiale (0,25), de sorte que la supposition est justifiée.

Comme défini dans le tableau ICE, x est égal à la concentration à l’équilibre de l’ion hydroxyde :

Eq5

Le pOH est calculé comme étant

Eq6

En utilisant la relation ;

Eq7

Permet le calcul du pH :

Eq8

Détermination de Kb à partir du pH

Le pH d’une solution 0,28 M d’éthylamine (C2H5NH2) est de 12,10 ; quel est son Kb ?

Eq9

Pour calculer le Kb de l’éthylamine, il faut d’abord déterminer le pOH et la concentration en ions hydroxyde. Le pH est de 12,10 et donc le pOH peut être calculé comme suit :

Eq10

Le pOH est de 1,90 et donc la concentration en ions hydroxyde de la solution peut être calculée à l’aide de la formule

Eq11

Le tableau ICE peut être construit pour ce système comme suit

C2H5NH2 (aq) C2H5NH3+ (aq) OH (aq)
Concentration initiale (M) 0,28 0 ~0
Changement (M) −0,0126 +0,0126 +0,0126
Concentration à l’équilibre (M) 0,28 − 0,0126 0,0126 0,0126

0,0126 M représente 4,5 % de 0,28 M et on peut donc considérer 0,28 − 0,0126 comme presque égal à 0,28 M grâce à la règle des 5 %.

Après avoir remplacé les valeurs ci-dessus dans l’expression du Kb de l’éthylamine,

Eq12

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e Section 4.2 : Classifier les réactions chimiques et 14.3 Forces relatives des acides et des bases.