Réactions de complexation : constantes de formation, diagrammes en pL et dosage par l'EDTA
Complexes et ligands, constantes de formation et de dissociation, diagrammes de prédominance en pL, réaction prépondérante et état final, compétition entre ligands ou entre ions métalliques.
- 15méthodes
- 31exercices corrigés
- 5problèmes
- 16pièges
- 58figures
Une réaction de complexation associe un ion métallique et des ligands pour former un complexe ; elle se traite comme un échange de particule, sur le modèle de l'acide-base, avec à la place du pH. La constante de formation globale de est le produit des constantes successives, et fixe le diagramme de prédominance en pL. Le chapitre traite aussi l'état final par la réaction prépondérante, les compétitions entre ligands ou entre ions métalliques, l'effet du pH et le dosage de la dureté de l'eau par l'EDTA. Il appartient au programme marocain de première année (MPSI, PCSI, TSI) et figure parmi les questions de solutions aqueuses des épreuves de chimie du CNC.
Ce que tu sauras faire
Une solution de sulfate de cuivre bleu pâle devient bleu céleste quand on y verse de l'ammoniac ; une solution de fer(III) orangée vire au rouge sang avec quelques gouttes de thiocyanate ; l'eau du puits, chargée de calcium et de magnésium, se dose au laboratoire par l'EDTA, celui-là même qu'on trouve dans les lessives. Dans chaque cas, un ion métallique fixe des molécules ou des ions qu'on appelle des ligands : il se forme un complexe. Ce chapitre décrit ces réactions avec les outils des chapitres « Système physico-chimique et état final » et « Réactions acide-base », qu'il transpose : le ligand joue le rôle du proton. À la fin, tu dois savoir :
- reconnaître un complexe, son centre métallique et ses ligands, et nommer les complexes usuels ;
- écrire un couple donneur-accepteur de ligand et les constantes de formation et de dissociation, successives et globales ;
- tracer et lire un diagramme de prédominance en pL, et repérer un complexe qui ne prédomine jamais ;
- prévoir une réaction de complexation et calculer sa constante ;
- déterminer l'état final d'une solution par la réaction prépondérante, en vérifiant chaque hypothèse ;
- traiter une compétition entre deux ligands, entre deux ions métalliques, ou entre un ion métallique et les ions oxonium ;
- expliquer la réaction support et l'indicateur du dosage de la dureté d'une eau.
Prérequis : les chapitres « Système physico-chimique et état final » (quotient de réaction, constante, combinaison de constantes, « supposer, calculer, vérifier ») et « Réactions acide-base » (couples, diagrammes de prédominance, réaction prépondérante, règle du gamma).
L’essentiel du chapitre Extrait gratuit
- Complexe : centre métallique entouré de ligands ; chaque liaison ligand-centre est un doublet apporté par le ligand, un ligand polydentate en apporte plusieurs ; indice de coordination : nombre de liaisons au centre.
- Ligand monodentate (, , , ) ou polydentate (EDTA, hexadentate).
- Nom : ligands (ammine, aqua, thiocyanato, fluoro), métal, charge du centre en chiffres romains ; « ate » pour un anion.
- Couple : donneur , accepteur , particule échangée ; (charges justes dans chaque exemple).
- Analogie : ligand et proton, complexe et acide, ion métallique et base, pL et pH, et .
- , , ; plus est grand, plus le complexe est stable.
- Successives : pour , .
- Globale : pour ; , , .
- dans toute solution où les deux formes sont présentes.
- Axe gradué en pL ; complexe pour (beaucoup de ligand), ion libre au-delà ; frontière au () ; majoritaire à une unité.
- Complexes successifs : frontières aux , qui décroissent normalement.
- Si : se dismute et ne prédomine jamais ; frontière commune entre ses voisins.
- Distribution : deux complexes successifs se croisent au .
- Échelle verticale des , croissant vers le haut, accepteurs à gauche, donneurs à droite ; une échelle par particule échangée.
- L'accepteur d'en haut réagit sur le donneur d'en bas (gamma) ; .
- Deux ligands pour un centre : le complexe le plus stable se forme ; deux centres pour un ligand : de même.
- Ligand basique : les ions oxonium le captent ; une réaction bilan, constante par combinaison.
- n'est pas « totale » : seuil environ, à vérifier, et la stœchiométrie compte.
Une méthode du chapitre Extrait gratuit
L'énoncé donne des et l'on demande des constantes successives, des , ou l'inverse.
; ; ; la dissociation globale a pour constante . Toutes ces relations viennent de la combinaison d'équations du chapitre « Système physico-chimique et état final ».
- Écrire chaque équation de formation successive .
- Calculer par différence des consécutifs ; c'est aussi .
- Contrôler que la somme des redonne .
- Regarder l'ordre des : s'ils ne décroissent pas, un complexe intermédiaire ne prédomine jamais (méthode 5).
« est la différence des formations globales de et de , donc , et »
Ammines du cuivre(II), égaux à ; ; ; : , , , . Contrôle : ; les décroissent, chaque complexe a son domaine. La dissociation globale de a pour constante .
- Prendre la dernière constante successive pour la constante globale : n'est pas .
- Diviser les au lieu de les soustraire.
Exercices 2, 3 et 11.
Un exercice corrigé Extrait gratuit
Dans un bain fixateur de photographie argentique, l'argent qui n'a pas été révélé est dissous sous forme de complexes avec l'ion thiosulfate. Les constantes de formation globales valent pour et pour .

- Écrire les réactions de formation successives et calculer les constantes successives et .
- En déduire les et des couples et .
- Écrire la dissociation globale de et calculer sa constante.
- Le complexe intermédiaire a-t-il un domaine de prédominance ? Si oui, lequel ?
Méthode 3. , ; . Un complexe intermédiaire prédomine si son domaine est compris entre deux frontières rangées dans le bon ordre : .
1. , ; ,
2. ; . Contrôle : .
3. , : ce complexe se dissocie très peu.
4. Sur un axe en , prédomine pour , entre et , au-delà de . Les frontières sont dans le bon ordre : le complexe intermédiaire a un domaine large de unités. Dans un bain riche en thiosulfate ( voisin de 1 ou 2), c'est pourtant le complexe à deux ligands qui porte l'argent.
est la somme des ; ; un complexe intermédiaire prédomine quand (méthode 3).
Le cours détaillé, toute la fiche « L'essentiel », 15 méthodes, 16 pièges corrigés, la carte mentale, 31 exercices corrigés, 5 problèmes de concours, les fiches à mémoriser et l'assistant qui répond à tes questions. Ce chapitre est offert : il s’ouvre en entier avec un compte d’essai gratuit.
Ouvrir l'essai gratuitUne question ? WhatsAppPlan du cours
- 1. Complexes, ligands, couples
- 1.1 Ce qu'on observe
- 1.2 Complexe, centre métallique, ligand
- 1.3 Nommer un complexe
- 1.4 Couple donneur-accepteur de ligand
- 2. Constantes de dissociation et de formation
- 2.1 Un seul ligand
- 2.2 Complexes successifs
- 3. Diagrammes de prédominance en pL
- 3.1 Un couple
- 3.2 Complexes successifs
- 3.3 Un complexe qui ne prédomine jamais
- 3.4 Diagramme de distribution
- 4. Prévoir une réaction : l'échelle des
- 4.1 Constante d'une réaction d'échange
- 4.2 Espèces incompatibles
- 5. État final : la réaction prépondérante
- 5.1 La démarche
- 5.2 Une solution d'un complexe seul
- 5.3 Un ion métallique et son ligand en excès
- 5.4 Ce que la vérification peut révéler
- 6. Compétitions
- 6.1 Deux ligands pour un même ion métallique
- 6.2 Deux ions métalliques pour un même ligand
- 6.3 Un ion métallique et les ions oxonium pour un ligand basique
- 7. La dureté d'une eau et son dosage
- 7.1 La réaction support
- 7.2 L'indicateur de fin de dosage
- 7.3 Calculer une dureté
- 8. Mesurer une constante de formation par spectrophotométrie
Les méthodes du chapitre
Chaque méthode est une fiche : quand l'utiliser, le rappel de cours, les étapes, la rédaction attendue sur la copie, un exemple traité, les erreurs à éviter.
- Reconnaître un complexe et le nommer
- Écrire un couple donneur-accepteur et les réactions de formation et de dissociation
- Passer des constantes successives aux constantes globales, de la formation à la dissociation
- Tracer et lire un diagramme de prédominance en pL
- Repérer un complexe qui ne prédomine jamais et tracer le diagramme réel
- Lire un diagramme de distribution
- Prévoir une réaction par l'échelle des et calculer sa constante
- Déterminer l'état final d'une solution d'un complexe seul
- Déterminer l'état final d'un mélange d'un ion métallique et d'un ligand
- Traiter une compétition entre deux ligands pour un même centre
- Traiter une compétition entre deux centres métalliques pour un même ligand
- Prendre en compte le pH : ligand basique, complexe détruit par un acide
- Exploiter la réaction support d'un dosage par l'EDTA et le virage de l'indicateur
- Calculer et convertir une dureté
- Déterminer une constante de formation par spectrophotométrie
Les exercices corrigés
Chaque exercice a ses indications, sa correction rédigée et ce qu'il faut en retenir.
Application directe (12)
- Nommer et décrire des complexes
- Couples donneur-accepteur et réactions de dissociation
- Le thiosulfate d'argent du fixateur
- Le thiocyanate de fer(III) et le seuil de couleur
- Lire un diagramme de distribution : les oxalates de fer(III)
- Prévoir les réactions entre complexes de l'EDTA
- Le complexe calcium-EDTA en milieu basique
- Fixer l'argent d'un film photographique
- Les constantes d'un dosage de la dureté
- De l'étiquette au degré français
- L'ammoniac, ligand et base
- Une gamme d'étalonnage pour le thiocyanatofer(III)
Entraînement (14)
- L'argent et l'ammoniac : un complexe qui ne prédomine jamais
- Cuivre et thiocyanate : un équilibre qui n'est pas total
- Quand un seul complexe ne suffit pas
- Quelle constante pour 99 % ?
- Le fluorure efface la couleur rouge
- Calcium contre baryum pour l'EDTA
- Calcium, magnésium et indicateur
- Détruire l'ion diammineargent(I) par un acide
- Le titre de l'EDTA et la dureté de l'eau du robinet
- Mesurer la dureté d'une eau minérale
- Ammoniac contre thiosulfate pour l'ion argent
- Une solution d'un complexe intermédiaire
- Le bleu céleste disparaît en milieu acide
- La constante du thiocyanatofer(III) par deux mesures
Approfondissement (5)
- Un complexe qui se dismute : le tartrate de cuivre(II)
- Pourquoi doser la dureté à pH 10 ?
- Deux centres et un ligand faible : cuivre, fer et thiocyanate
- Fer(III), thiocyanate et fluorure en milieu acide
- La formule de la ferroïne par la méthode des variations continues
Les problèmes de concours
Des extraits de sujets réels, corrigés en entier, avec la durée conseillée et les méthodes mobilisées.
- Les complexes du fer et de la phénanthroline
- Le dosage du nickel par l'EDTA
- La dureté de l'eau du puits
- Le cuivre et l'ammoniac
- La constante de formation du complexe CrO5
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre constante de formation et constante de dissociation d'un complexe ?
La constante de formation décrit ; la constante de dissociation décrit la réaction inverse, . On pose : plus il est grand, plus le complexe est stable. Pour avec , et .
Comment passer des constantes successives à la constante globale ?
La constante globale de est le produit des constantes successives : , soit . Inversement, . La dernière constante successive ne décrit que la fixation du dernier ligand : la prendre pour fausse le calcul de l'ion libre de plusieurs puissances de dix.
Comment tracer un diagramme de prédominance en pL ?
On gradue un axe en , avec le ligand libre. La frontière d'un couple est au : le complexe prédomine pour , c'est-à-dire quand le ligand est abondant, et l'ion libre au-delà. Pour des complexes successifs, les frontières sont aux , normalement décroissants ; sinon, le complexe intermédiaire se dismute et ne prédomine jamais.
Comment prévoir une réaction entre un complexe et un autre ion métallique ?
On place les couples qui échangent la même particule sur une échelle verticale des . L'accepteur situé en haut réagit sur le donneur situé en bas, avec . Ainsi () réagit sur () avec . Une constante supérieure à ne prouve pas que la réaction est totale : on calcule l'avancement.
Pourquoi un complexe ammine est-il détruit en milieu acide ?
Parce que le ligand est aussi une base : les ions oxonium captent l'ammoniac libéré. Pour , la constante vaut , avec compté deux fois car deux ligands sont protonés. On écrit la réaction bilan, puis on la décompose en réactions de constantes connues.
Comment doser la dureté d'une eau par l'EDTA ?
On titre les ions calcium et magnésium par l'EDTA en milieu maintenu à pH 10 par un mélange d'ammoniac et d'ions ammonium, avec le noir ériochrome T comme indicateur, qui vire du rouge violacé au bleu à l'équivalence. Alors . La dureté s'exprime en degrés français : °f , soit mg de carbonate de calcium par litre.
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