Dissociation (chimie)

La dissociation en chimie et biochimie est un processus général dans lequel des molécules (ou composés ioniques tels que des sels, ou complexes) se dissocient ou se séparent en des particules plus petites telles que des atomes, ions ou radicaux, de manière souvent réversible. Ainsi, quand un acide se dissout dans de l'eau, une liaison covalente entre un atome électronégatif et un atome d'hydrogène est rompue par hétérolyse, ce qui donne un proton (H⁺) et un ion négatif. La dissociation est la réaction opposée à l'association et la recombinaison.

Constante de dissociation

Si un composé de formule A_xB_y se dissocie selon la réaction

A_x B_y ↔ xA + yB

alors la constante de dissociation K_d est

$K_{d}={\frac {[A]^{x}\times [B]^{y}}{[A_{x}B_{y}]}}$

Degré de dissociation

Le degré de dissociation est la fraction des molécules du soluté original qui a été dissociée. On le représente habituellement à l'aide du symbole grec $\alpha$. Plus précisément, le degré de dissociation correspond à la quantité de soluté dissociée en ions ou radicaux par mole. Pour les acides et bases très forts, le degré de dissociation sera proche de 1. Les acides et bases moins puissants auront un degré de dissociation plus faible. Il existe une relation simple entre ce paramètre et le facteur de van 't Hofffacteur de van 't Hoff $i$. Si le soluté se dissocie en $n$ ions, alors

$i=1+\alpha (n-1)$

Par exemple, pour la dissociation suivante

KCl ↔ K⁺ + Cl^-

Pour $n=2$, on a alors $i=1+\alpha$

Sels

La dissociation des sels par solvatation dans une solution, par exemple aqueuse, correspond à la séparation en anions et cations. Le sel peut être récupéré par évaporation du solvant. Voir également : Produit de solubilité

Une électrolyte est une substance qui contient des ions libres et peut servir de milieu conducteur électrique. La plupart du soluté ne se dissociera pas dans une électrolyte faible tandis que dans une électrolyte forte, il y aura un rapport plus élevé de soluté dissocié pour former des ions libres.

Une électrolyte faible est une substance dont le soluté existe dans une solution principalement sous forme de molécules, avec une petite fraction sous forme ionique. Ce n'est pas parce qu'une substance ne se dissout pas immédiatement que ça en fait une électrolyte faible. L'acide acétique (CH₃COOH) et l'ammonium (NH₄⁺) sont de bons exemples. L'acide acétique est extrêmement soluble dans l'eau, mais la plupart des composés se dissout en molécules, en faisant une électrolyte faible. Des bases faibles et des acides faibles font généralement des électrolytes faibles. Dans une solution aqueuse il y a quelques CH₃COOH et CH₃COO^- et H⁺.

Une électrolyte forte est un soluté qui existe dans une solution complètement ou presque en forme d'ions. Encore une fois, la force d'une électrolyte est définie par le pourcentage de soluté en ions au lieu de molécules. Plus le pourcentage est élevé, plus l'électrolyte est forte. Ainsi, même si une substance n'est pas très soluble, mais se dissocie complètement en ions, la substance est alors par définition une électrolyte forte. La même logique s'applique à l'électrolyte faible. Des acides et bases forts sont de bons exemples, comme HCl, et H₂SO₄. Ils existeront tous comme ions dans un milieu aqueux.

Gaz

Le degré de dissociation des gaz est noté avec le symbole α où α est le pourcentage de molécules de gaz qui se dissocient. Il existe plusieurs relations entre K_p et α, en fonction de la stœchiométrie de l'équation. Prenons l'exemple du peroxyde d'azote (N₂O₄) se dissociant en dioxyde d'azote (NO₂).

N₂O₄ ↔ 2NO₂

Si la concentration initiale du peroxyde d'azote est d'1 mole par litre, ça va diminuer d'α à l'équilibre en donnant, par stœchiométrie, 2α moles de NO₂. La constante d'équilibre (en termes de pression) est donnée par l'équation :

$K_{p}=\mathrm {\frac {p(NO_{2})^{2}}{p(N_{2}O_{4})}}$

Où p représente la pression partielle. Ainsi, à partir de la définition de pression partielle et en utilisant p_T pour représenter la pression totale et x pour la fraction molaire :

$K_{p}=\mathrm {{\frac {(p_{T})^{2}(x(NO_{2}))^{2}}{(p_{T})(x(N_{2}O_{4}))}}={\frac {(p_{T})(x(NO_{2}))^{2}}{(x(N_{2}O_{4}))}}}$

Le nombre total de moles à l'équilibre vaut (1-α)+(2α) ce qui est équivalent à 1+α. Donc, en substituant les fractions de mole avec les valeurs réelles par alpha et après simplification :

$K_{p}={\frac {(\mathrm {p_{T}} )(4\alpha ^{2})}{(1+\alpha )(1-\alpha )}}={\frac {(\mathrm {p_{T}} )(4\alpha ^{2})}{(1-\alpha ^{2})}}$

Cette équation respecte le principe de Le Chatelier. K_p sera constante avec la température. L'addition de la pression au système augmentera la valeur de p_T donc α doit diminuer pour garder K_p constante. En fait, augmenter la pression de l'équilibre entraîne une bascule à gauche pour favoriser la formation de peroxyde d'azote (vu que de ce côté de l'équilibre il y a moins de pression car la pression est proportionnelle au nombre de moles) diminuant du même coup la portée de la dissociation α.

Acides dans une solution aqueuse

La réaction d'un acide dans un solvant aqueux est souvent décrite comme une dissociation

$\mathrm {HA\rightleftharpoons H^{+}+A^{-}}$

où HA est un acide protonique tel que l'acide acétique, CH₃COOH. La double-flèche indique que c'est un équilibre chimique, où dissociation et recombinaison arrivent en même temps. Ça implique que la constante d'acidité

$K_{\mathrm {a} }=\mathrm {\frac {[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}}$

Une description plus précise se fonde sur la théorie de Brønsted-Lowry, qui spécifie que le proton H+ n'existe pas en tant que tel dans la solution mais est en fait acceptée par (liée à) une molécule d'eau sous la forme d'ion hydronium H₃O⁺.

La réaction s'écrit alors plus précisément

$\mathrm {HA+H_{2}O\rightleftharpoons H_{3}O^{+}+A^{-}}$

et mieux décrite comme une ionisation ou formation d'ions (si HA n'a pas de charge nette). La constante d'équilibre vaut alors

$K_{\mathrm {a} }=\mathrm {\frac {[H_{3}O^{+}][A^{-}]}{[HA]}}$

où $[H_{2}O]$ n'est pas incluse car dans une solution diluée le solvant est principalement un liquide pur avec une activité chimique de un. K_a est indifféremment appelée constante de dissociation, constante d'ionisation acide, constante d'acidité ou encore constante d'ionisation. Elle sert d'indicateur de puissance de l'acide : les acides plus forts ont une valeur de K_a plus haute (et un pK_a plus bas).

Fragmentation

La fragmentation d'une molécule peut découler d'un processus d'hétérolyse ou d'homolyse.

Récepteurs

Les récepteurs sont des protéines qui se lient à de petits ligands. La constante de dissociation K_d sert d'indicateur d'affinité du ligand au récepteur. Plus l'affinité est élevée, plus la valeur de K_d est basse (et donc plus la valeur pK_d est haute).

Voir

• Énergie de dissociation d'une liaison
• Dissociation thermique

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Dissociation (chemistry) » (voir la liste des auteurs).