Sels acides : mécanisme de formation
Les sels acides se forment par la neutralisation partielle des acides polybasiques. La règle principale de ce processus est que la neutralisation se déroule par étapes, et le produit final dépend entièrement du rapport molaire dans lequel l'acide et l'alcali ont été mélangés.
Si l'alcali est en défaut, la réaction ne va pas jusqu'à son terme. Par conséquent, un sel acide ou un mélange de différents sels se forme en solution.
Examinons ce mécanisme sur l'exemple de l'interaction entre l'acide orthophosphorique ($H_3PO_4$) et l'hydroxyde de sodium ($NaOH$) :
- Première substitution. Formation de digénéro-phosphate de sodium :
$$H_3PO_4 + NaOH = NaH_2PO_4 + H_2O$$
- Deuxième substitution. L'addition d'une nouvelle portion d'alcali donne de l'hydrogénophosphate de sodium :
$$NaH_2PO_4 + NaOH = Na_2HPO_4 + H_2O$$
- Troisième substitution. La neutralisation complète conduit à la formation d'un sel neutre — le phosphate de sodium :
$$Na_2HPO_4 + NaOH = Na_3PO_4 + H_2O$$
Propriétés et méthodes d'obtention des sels acides
De par leur composition chimique, les sels acides occupent une position intermédiaire entre le sel neutre classique et l'acide. Cela donne lieu à une dualité chimique.
Un exemple frappant de cette dualité (« sel caméléon ») est l'hydrogénocarbonate de sodium ($NaHCO_3$). Étant le produit d'une neutralisation incomplète de l'acide carbonique, il est formellement classé parmi les sels acides. Cependant, en solution, cette substance manifeste des propriétés basiques en créant un milieu alcalin.
Outre la neutralisation partielle directe, les sels acides peuvent être obtenus par des réactions d'échange :
- Interaction d'un sel d'acide polybasique avec un acide fort (à condition que ce dernier soit en défaut) :
$$Na_2CO_3 + HCl = NaHCO_3 + NaCl$$
- Interaction d'un sel d'acide polybasique avec le même acide :
$$Na_2CO_3 + H_2CO_3 = 2NaHCO_3$$
Sels basiques : structure et difficultés d'isolement
Les sels basiques sont les produits de la neutralisation partielle de bases polybasiques par divers acides.
La structure moléculaire d'un sel basique doit obligatoirement contenir simultanément deux composants :
- Un groupe hydroxyle ($-OH$).
- Un reste acide.
Un exemple typique de ce composé est l'hydroxyacétate d'aluminium : $Al(OH)(CH_3COO)_2$.
Contrairement aux sels acides, les sels basiques sont beaucoup plus rarement isolés des solutions sous forme de solides individuels, bien qu'ils puissent être présents en solution en petites quantités. Le principal problème de leur obtention réside dans l'insolubilité de la plupart des hydroxydes métalliques. Dans les conditions théoriquement adaptées à la cristallisation du sel basique, c'est souvent l'hydroxyde métallique lui-même qui précipite, bloquant la formation du produit cible.
Sels doubles et conditions de leur cristallisation
Les sels doubles sont des composés chimiques contenant deux métaux différents liés au même reste acide.
La condition principale pour la formation de tels sels réside dans la différence de solubilité. Un sel doubles ne précipite de la solution que s'il est moins soluble que chacun des sels simples qui participent à sa formation.
Les aluns de potassium et d'aluminium en sont un exemple classique. Si l'on mélange des solutions de sulfate de potassium ($K_2SO_4$) et de sulfate d'aluminium ($Al_2(SO_4)_3$), un précipité blanc apparaît à la suite de l'interaction chimique.
L'équation de la réaction est la suivante : $$K_2SO_4 + Al_2(SO_4)_3 + 24H_2O = 2KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O\downarrow$$
Le précipité se forme précisément parce que la solubilité du sel double obtenu est extrêmement faible et ne dépasse pas 6 %.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Pourquoi la solution aqueuse d'hydrogénocarbonate de sodium présente-t-elle un milieu alcalin ?
La solution aqueuse d'hydrogénocarbonate de sodium présente un milieu alcalin car ses propriétés basiques sont plus prononcées que ses propriétés acides. En solution, l'ion hydrogénocarbonate participe à deux processus en compétition. En tant que base, il subit une hydrolyse avec formation d'ions hydroxyde ($HCO_3^- + H_2O \rightleftarrows H_2CO_3 + OH^-$). Simultanément, il peut se comporter comme un acide en subissant une ionisation ($HCO_3^- + H_2O \rightleftarrows CO_3^{2-} + H_3O^+$). La prédominance de l'hydrolyse sur la dissociation conduit à une accumulation d'ions $OH^-$, ce qui confère au solution de bicarbonate de sodium un pH de 8,5.
Comment les sels acides se dissocient-ils en solutions aqueuses ?
Les acides polybasiques se dissocient par étapes en solutions aqueuses : d'abord, un proton est détaché de la molécule neutre, puis de l'anion chargé négativement qui en résulte. L'arrachement d'un proton à un anion chargé négativement est plus difficile qu'à une molécule neutre en raison de l'attraction électrostatique. Pour les anions des sels acides, les sources indiquent les processus suivants :
- Ion hydrogénocarbonate ($HCO_3^-$) — manifeste des propriétés acides : $HCO_3^- + H_2O \rightleftarrows CO_3^{2-} + H_3O^+$; il manifeste simultanément des propriétés basiques : $HCO_3^- + H_2O \rightleftarrows H_2CO_3 + OH^-$.
- Ion dihalogénophosphate / dihydrogénophosphate ($H_2PO_4^-$) — se dissocie selon l'équation $H_2PO_4^- \rightleftarrows H^+ + HPO_4^{2-}$.
Ainsi, pour l'ion hydrogénocarbonate, la dissociation est en compétition avec l'hydrolyse.
Les sels acides retiennent l'hydrogène (H) de l'acide, les sels basiques retiennent le groupe hydroxyle (OH) de la base, et les sels doubles unissent deux métaux différents sous un même reste acide.
Questions des cours et des examens
Que signifie le terme « sel caméléon » ?
Il s'agit d'une appellation informelle pour les sels présentant une dualité chimique. Par exemple, l'hydrogénocarbonate de sodium est un sel acide par sa structure, mais en solution aqueuse, il manifeste des propriétés basiques et crée un milieu alcalin.
Pourquoi les sels basiques précipitent-ils rarement ?
Le processus de cristallisation des sels basiques est entravé par le fait que la plupart des hydroxydes métalliques sont insolubles. Au lieu de la formation d'un sel basique, c'est souvent l'hydroxyde correspondant qui précipite.
À étudier également sur le sujet
- Réaction du dihydrogénophosphate de potassium avec l'acide sulfurique
- Interaction du dihydrogénophosphate de potassium avec l'hydroxyde de potassium
- Réaction du phosphate de potassium avec une quantité double d'acide phosphorique
- Recherche d'exemples supplémentaires de sels doubles dans la nomenclature chimique
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