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Chimie · Écoles d'ingénieurs — EHTP

Équilibres de complexation

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Un complexe est une entité chimique formée par un ion central (généralement un métal de transition) lié à des molécules ou des ions appelés ligands. La réaction de formation s'écrit : $M^{n+} + pL^m \rightleftharpoons [ML_p]^{(n+pm)+}$ La constante de formation globale $\beta_p$ est définie par : $\beta_p = \frac{[[ML_p]^{(n+pm)+}]}{[M^{n+}][L^m]^p}$ Plus $\beta_p$ est élevée, plus le complexe est stable.

Méthodes à maîtriser

  1. Écriture des équilibres successifs : Savoir décomposer la formation globale en étapes élémentaires.
  2. Calcul de la concentration : Utiliser le tableau d'avancement pour déterminer les concentrations à l'équilibre.
  3. Relation avec la précipitation : Savoir si un précipité peut se dissoudre par complexation en comparant les constantes d'équilibre.

Exemples corrigés

Exemple : Formation du complexe $[Ag(NH_3)_2]^+$. $Ag^+ + 2NH_3 \rightleftharpoons [Ag(NH_3)_2]^+$ $\beta_2 = \frac{[[Ag(NH_3)_2]^+]}{[Ag^+][NH_3]^2}$

Erreurs fréquentes

  • Oublier les coefficients stoechiométriques dans l'expression de $\beta$.
  • Confondre la constante de dissociation ($K_d = 1/\beta$) avec la constante de formation.
  • Négliger l'influence du pH sur la disponibilité du ligand (ex: $NH_3$ vs $NH_4^+$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Équilibres de complexation

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La constante de formation globale $\beta$ est :

❓ Questions fréquentes

Comment savoir si un précipité va se dissoudre par ajout d'un ligand ?

Il faut calculer la constante de la réaction globale de dissolution : $K = K_s \cdot \beta$. Si $K > 1$, la dissolution est favorisée.

💡 À retenir : La complexation peut "tirer" l'équilibre de précipitation vers la dissolution.

Qu'est-ce qu'un ligand ?

Un ligand est une espèce chimique (ion ou molécule) possédant au moins un doublet non liant capable de former une liaison de coordination avec un ion métallique central.

💡 À retenir : Le ligand agit comme une base de Lewis.

Kifach n7seb l-qima dyal beta ila 3tani Kd ?

C'est très simple : la constante de formation globale ($\beta$) est l'inverse de la constante de dissociation globale ($K_d$). Donc, tu fais juste $\beta = 1 / K_d$.

💡 À retenir : $\beta \cdot K_d = 1$.

Quelle est la différence entre un complexe stable et un complexe instable ?

Un complexe est dit stable s'il possède une constante de formation globale ($\beta$) très élevée. Cela signifie que l'équilibre est fortement déplacé vers la formation du complexe.

💡 À retenir : Plus $\beta$ est grand, plus le complexe est stable.

Chno hiya l-farq bin ligand monodenté w polydenté ?

Le ligand monodenté ne se lie à l'ion central que par un seul atome. Le ligand polydenté possède plusieurs sites de liaison (plusieurs doublets) et peut "encercler" l'ion central, formant un chélate.

💡 À retenir : Les chélates sont généralement beaucoup plus stables.

Kifach n3ref chkoun l-mourakkab li ghaleb f-l-milieu ?

Tu dois comparer les concentrations à l'équilibre en utilisant les constantes de formation. Si tu as un diagramme de prédominance, le complexe est prédominant là où sa concentration est supérieure à celle de l'ion libre.

💡 À retenir : Utilise le rapport des concentrations par rapport à $\beta$.

Le nombre de coordination est-il toujours égal au nombre de ligands ?

Non, cela dépend de la denticité du ligand. Si le ligand est bidenté, un seul ligand occupe deux sites de coordination.

💡 À retenir : Nombre de coordination = $\sum (\text{nombre de ligands} \times \text{denticité})$.

Est-ce que la température influence la valeur de beta ?

Oui, comme toute constante d'équilibre, $\beta$ dépend de la température selon la loi de Van't Hoff.

💡 À retenir : $\beta$ est une constante thermodynamique propre à une température donnée.

Pourquoi dit-on que le complexe est une réaction acide-base au sens de Lewis ?

Parce que l'ion métallique accepte un doublet d'électrons (acide de Lewis) et le ligand le donne (base de Lewis).

💡 À retenir : La liaison de coordination est une liaison covalente dative.

Est-ce que l'eau peut être un ligand ?

Oui, en solution aqueuse, les ions métalliques sont souvent sous forme de complexes aquo, comme $[Fe(H_2O)_6]^{3+}$.

💡 À retenir : L'eau est un ligand faible mais omniprésent.

Comment calculer la concentration de l'ion libre en présence d'un excès de ligand ?

On utilise l'expression de $\beta$ en supposant que la concentration du complexe est proche de la concentration initiale du métal.

💡 À retenir : $[M^{n+}] = \frac{[[ML_p]]}{\beta \cdot [L]^p}$.

Le pH peut-il détruire un complexe ?

Oui, si le ligand est une base faible, une diminution du pH va protoner le ligand, le rendant indisponible pour le métal, ce qui dissocie le complexe.

💡 À retenir : La compétition entre $H^+$ et $M^{n+}$ pour le ligand est cruciale.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange $V = 100,mL$ d'une solution de nitrate d'argent $AgNO_3$ de concentration $C_1 = 10^{-3},mol/L$ avec $V = 100,mL$ d'une solution d'ammoniac $NH_3$ de concentration $C_2 = 0,1,mol/L$. Donnée : $\beta_2 = 10^7$ pour $[Ag(NH_3)_2]^+$.

  1. Écrire l'équation de formation du complexe.
  2. Calculer la concentration des espèces à l'équilibre.
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Exercice 2

On veut dissoudre $AgCl$ ($K_s = 10^{-10}$) par ajout d'ammoniac. Calculer la constante de la réaction : $AgCl(s) + 2NH_3 \rightleftharpoons [Ag(NH_3)_2]^+ + Cl^-$. Si on a $[NH_3] = 1,mol/L$, le précipité se dissout-il ?

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Exercice 3

Déterminer la concentration en ion $Cu^{2+}$ libre dans une solution où $[Cu(NH_3)_4]^{2+} = 0,1,mol/L$ et $[NH_3] = 0,01,mol/L$. ($\beta_4 = 10^{12}$).

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