III. L`équilibre estérification

L’équilibre chimique
estérificationhydrolyse
I. Caractéristiques
de la réaction
d’estérification.
1. La réaction :
Acide
+
alcool
= ester
+ eau
R-CO2H + R’-OH = R-CO2-R’ + H2O.
2. Étude expérimentale.
a) Protocole.
2. Étude expérimentale.
b) Résultats
R-CO2H
+
R’-OH
= R-CO2-R’ +
H2 O
E. Initial
nA(0)
nA(0)
0
0
En cours
nA(0) - x
nA(0)-x
x
x
État final
1/3 nA(0)
1/3 nA(0)
2/3nA(0)
2/3 nA(0)
3. Propriétés.
 L’estérification est une réaction lente.
A 15°C, le système n’évolue
plus au bout de 15 ans.
A 20°C, le système n’évolue
plus au bout de 1 an.
A 100°C, le système n’évolue
plus au bout de 8 jours.
A 200°C, le système n’évolue
plus au bout de 1heure.
3. Propriétés.

L’estérification est une réaction limitée.
Lorsque le système n’évolue plus, il
reste de l’alcool et de l’acide.
Avancement maximal: xmax = nA(0)
Taux d’avancement final: t = 67%
3. Propriétés.
 La limite d’estérification est
indépendante de la température.
 La présence du catalyseur H+ permet
d’atteindre plus facilement la limite
d’estérification mais ne la modifie pas.
Évolution des quantités
d’acide et d’ester
n
0
2/3n0
Influence de la
température
Influence des ions H+
II. Caractéristiques
de la réaction
d’hydrolyse.
1. La réaction :
ester
+ eau
=
Acide + alcool
R-CO2-R’ + H2O = R-CO2H + R’-OH
2. Étude expérimentale.
a) Protocole.
2. Étude expérimentale.
b) Résultats
R-CO2-R’ +
H2O
=
R-CO2H
+ R’-OH
E. Initial
nE(0)
nE(0)
0
0
En cours
nE(0) - x
nE(0)-x
x
x
État final
2/3 nE(0)
2/3 nE(0)
1/3nE(0)
1/3 nE(0)
3. Propriétés.
 L’hydrolyse est une réaction lente.

L’hydrolyse est une réaction limitée.
Lorsque le système n’évolue plus, il
reste de l’ester et de l’eau.
Avancement maximal: xmax = nE(0)
Taux d’avancement final: t = 33%
3. Propriétés.
 La limite d’hydrolyse est indépendante
de la température.
 La présence du catalyseur H+ permet
d’atteindre plus facilement la limite
d’hydrolyse mais ne la modifie pas.
Évolution des quantités
d’acide et d’ester
n
0
2/3n0
1/3n0
Influence de la
température
Influence des ions H+
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
1. L’équilibre.
•
Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont
inverses l’une de l’autre et ont lieu simultanément.
•
Elles se limitent l’une l’autre et conduisent à un
état d’équilibre chimique.
•
Cet état est atteint lorsque la vitesse de formation
de l’ester par la réaction d’estérification est
exactement égale à sa vitesse de disparition par
hydrolyse.
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
1. L’équilibre.
Cet équilibre est caractérisé par une
constante d’équilibre K(T) :
ester (éq )  eau(éq )
K
alcool (éq )  acide (éq )
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
1. L’équilibre.
• Cette constante peut se réécrire, en notant V le
volume du système:
 nester 
 neau 

 

 V ( éq )  V ( éq )
K
 nacide 
 nalcool 

 

 V ( éq )  V ( éq )
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
1. L’équilibre.
• Cette constante peut se réécrire, en notant V le
volume du système:
 nester (éq )   neau (éq )
K
 nacide (éq )   nalcool (éq )
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
2. Facteurs influençant l’équilibre.
a ) Influence de la température.
Les réactions sont athermiques.
Dans ce cas K(T) ne dépend pas de T.
Pour un alcool primaire
K = 4.
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
2. Facteurs influençant l’équilibre.
b)
Influence du catalyseur
Un catalyseur ne modifie pas un état
d’équilibre car il catalyse de la même
façon les deux réactions inverses l’une
de l’autre.
Il permet d’atteindre plus rapidement
l’état d’équilibre.
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
2. Facteurs d’influençant l’équilibre.
c)
Influence de la nature des réactifs
Le taux d’avancement final de la réaction
d’estérification dépend très peu de la nature
de l’acide carboxylique mis en jeu.
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
2. Facteurs influençant l’équilibre.
c)
Influence de la nature des réactifs
Il dépend nettement de la classe de
l’alcool utilisé.
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
2. Facteurs influençant l’équilibre.
c)
Influence de la nature des réactifs
Pour des mélanges équimolaires en
acide carboxylique et alcool, le taux
d’avancement final de la réaction est
de :
67 % si l’alcool est primaire,
60 % si l’alcool est secondaire,
5 % si l’alcool est tertiaire.
III. L’équilibre
estérification-hydrolyse
2. Facteurs influençant l’équilibre.
d) Influence des proportions initiales des
réactifs.
Mélange initial
t
Acide
Alcool
1
1
0,67
1
5
5
1
0,95
0,95
Le taux d’avancement final t
de la réaction d’estérification,
est d’autant plus élevé que l’un
des réactifs est en plus fort
excès.
Interprétation
 nester (éq )   neau (éq )
K
 nacide (éq )   nalcool (éq )
Si, au système à d’équilibre , on ajoute de l’alcool,
nalcool croît et le quotient de réaction diminue ; Qr
est alors inférieur à K, le système évolue dans le
sens direct de l’estérification en produisant de
l’ester et de l’eau tout en consommant de l’acide et
de l’alcool jusqu’à ce qu’à ce que le quotient de
réaction soit à nouveau égal à K.
Conclusion
L’utilisation d’un excès d’acide ou
d’alcool, augmente le taux
d’avancement final de
l’estérification et permet d’en
améliorer le rendement.
Autres méthodes permettant
d’améliorer le rendement
de l’estérification.
extraction de l’ester :
Si la température d’ébullition de l’ester
est nettement inférieure à celles des
autres constituants du système, il est
possible de l’extraire du mélange
réactionnel, au fur et à mesure, par
distillation fractionnée.
Autres méthodes permettant
d’améliorer le rendement
de l’estérification.
L’eau peut être éliminée, au fur et à
mesure de sa formation, en
introduisant dans le mélange
réactionnel une substance très avide
d’eau mais sans réaction avec les
autres constituants (par exemple un
déshydratant tel que l’acide sulfurique
concentré).
Conclusion
L’élimination de l’eau ou de l’ester
lors de leur formation, déplace
l’équilibre dans le sens direct de
l’estérification et permet d’en
améliorer le rendement.
FIN