CHIMIE

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COURS
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17
[Fe(SO4)2] – [FeSO4] +
Équilibres de complexation
Doc. 17 Diagramme de prédominance
des espèces. Comme ∆pK di = 1,0, les
deux complexes se forment simultanément
:
pK d1 = log K f1 = 4,2
et pK d2 =log K f2 = 3,2
(*) C’ 1 = = 0,044 mol . L –1
C’ 2 = = 0,056 mol . L –1
(**) K f1 =
K f2 =
3,2 4,2
Fe 3+
pSO 4
2.2.2. Formations simultanées de plusieurs complexes
C’est le cas, par exemple, lorsque les réactions de formation des complexes ne sont
pas quantitatives et/ou lorsque les constantes de formation successives sont des
grandeurs voisines (∆log K fi < 4). Illustrons ce cas à l’aide des complexes formés
par les ions fer (III) et les ions sulfate.
Exemple :
Les ions fer (III) Fe 3+ réagissent avec les ions sulfate SO 2–
4 pour donner deux complexes
: [FeSO 4] + (log b 1 = 4,2) et [Fe(SO 4) 2] – (log b 2 = 7,4).
ÀV 1= 10 mL de solution de chlorure de fer (III) FeCl 3 de concentration
C 1 =0,10 mol . L –1 , on ajoute V 2 = 12,5 mL de solution de sulfate de sodium
Na 2SO 4 de concentration C 2 =0,10 mol . L –1 . Quelle est la composition finale de
la solution ?
Deux complexes sont susceptibles de se former selon les réactions suivantes, d’équations
:
Fe 3+ + SO 2–
4 = [FeSO 4] + K f1 = b 1 = 10 4,2 (1)
[FeSO 4] + + SO 2–
4 = [Fe(SO 4) 2] – K f2 = b 2/b 1 = 10 3,2 (2)
∆pK di = pK d1 – pK 2 = log K f2 – log K f1 = 1.
Comme ∆pK di est inférieur à 4, les deux complexes vont se former simultanément
(doc. 17).
La composition de la solution se détermine en faisant le bilan de ces deux réactions
de formation. Exprimons les concentrations des diverses espèces du système en
notant x V1 et x V2 les avancements volumiques des réactions (1) et (2).
équation
c apportées (*)
c après la réaction
(1)
c en prenant en
compte (1) et (2)
Fe 3+
C ’ 1
C ’ 1 – ξ V1
(C ’ 1 – x V1)
À l’aide des expressions de K f1 et K f2 (**) :
SO 2–
4
il est alors possible d’obtenir un système de deux équations à deux inconnues que
l’on résout à l’aide d’une calculatrice ou d’un ordinateur.
Cette méthode, applicable lorsque le nombre de complexes est limité, devient rapidement
inutilisable quand le nombre de complexes est élevé. Il est alors préférable
d’utiliser une méthode informatique de simulation.
Précisons cette méthode dans le cas de l’exemple traité.
Il suffit de tracer, à l’aide d’un logiciel de simulation, les graphes des
pourcentages des diverses espèces contenant l’ion fer (III) en fonction du
volume de solution de sulfate de sodium, à 0,10 mol . L –1 , ajouté à 10 mL de solution
de chlorure de fer (III), à 0,10 mol . L –1 .
C ’ 2
C ’ 2 – ξ V2
(C’ 2 –x V1–x V2)
[FeSO 4] +
—
ξ V1
(x V1 – x V2)
[Fe(SO 4) 2] –
—
—
xV2