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Sauter à un chapitre clé
DDT signifie Dichlorodiphényltrichloroéthane, un insecticide aujourd'hui interdit dans de nombreux pays en raison de sa toxicité. En Afrique, il est encore pulvérisé à l'intérieur des habitations pour lutter contre les moustiques. Le problème, c'est qu'il peut pénétrer dans l'organisme par la peau, l'inhalation et la nourriture. Il reste longtemps dans l'organisme, à tel point qu'il a été identifié dans le lait maternel. Il peut également traverser le placenta et atteindre le fœtus. Il a des effets secondaires graves tels que des troubles hépatiques et la stérilité.
La quantité de DDT présente dans le lait maternel peut être identifiée à l'aide de la chromatographie RP-HPLC qui s'appuie sur le coefficient de partage pour déterminer la probabilité de distribution[2] du DDT à travers les membranes biologiques. Les coefficients de partage permettent de déterminer non seulement le DDT, mais aussi de nombreux autres contaminants potentiels du lait maternel.
Ce sujet, le coefficient de partage, est important pour toi, en tant que futur chercheur, car il te permet de comprendre si un produit chimique est persistant, et si oui, pendant combien de temps ? Les réponses à ces questions t'aideront ensuite à prendre des décisions éclairées sur les risques associés et les mesures à prendre pour les prévenir.
- Cet article est consacré au coefficient de partage.
- Nous commencerons par voir la définition du coefficient de partage.
- Ensuite, nous analyserons l'équation et la formule.
- Pour finir, nous verrons également le calcul et l'interprétation du coefficient de partition.
Coefficient de partage : définition
Le coefficient de partage (Kpc) d'une substance est défini comme le rapport des concentrations d'un soluté dans deux phases de deux solvants non miscibles à une température donnée lorsque l'équilibre est établi[1].
Comprenons cette définition à l'aide d'un exemple :
Considérons des volumes égaux d'éther, un solvant organique, et d'eau. L'éther et l'eau sont deux liquides non miscibles et lorsqu'ils sont pris dans une ampoule à décanter, ils se séparent en deux couches distinctes. La couche supérieure sera la couche d'éther organique, moins dense que la couche aqueuse inférieure.
Prenons maintenant un soluté, 'S', qui a un certain degré de solubilité dans les deux solvants. L'entonnoir est bien secoué et on le laisse reposer. Les deux couches se séparent, le soluté étant réparti dans chacune d'elles. À un certain moment, l'équilibre est établi, ce qui signifie que la vitesse à laquelle les molécules d'ammoniac passent de la couche aqueuse à la couche organique est égale à la vitesse à laquelle elles passent de la couche aqueuse à la couche organique.
Ceci peut être représenté par l'équation suivante
\(S_(org)\Ndroitleftharpoons S_(aq)\N)
Coefficient de partage : Équation et formule
Sur la base de la définition, nous allons maintenant écrire l'équation/la formule du coefficient de partage.
$$Kpc=\frac{[soluté]_{solvant organique}}{[soluté]_{eau}}$$.
Les crochets représentent la concentration de la substance, le soluté dans ce cas. Un moyen facile de s'en souvenir est que la couche organique flotte sur le dessus ; tu peux donc l'écrire au numérateur.
Jette un coup d'œil à la représentation schématique de ce dont nous venons de parler :
Fig. 1 : Entonnoir séparateur, Archana Tadimeti, StudySmarter
Le rapport entre la concentration d'un soluté ionisable dissous dans un solvant organique et la concentration du soluté dans la phase aqueuse s'appelle le coefficient de distribution. Si une substance s'ionise dans l'eau, la partie ionisée de la substance ne se répartit pas dans le solvant organique. Dans ce cas, le coefficient de répartition ne prend en compte que la concentration de la partie unionisée du soluté dans l'eau, car cette partie seule peut se déplacer vers l'autre couche. La portion ionisée de l'eau ne peut pas se répartir ou se déplacer dans la couche organique et vice versa.
Ainsi, le coefficient de partage dans le cas des solutés ionisables donne les véritables affinités relatives du soluté entre les deux phases alors que le coefficient de distribution prend en compte à la fois les portions ionisées et unionisées du soluté.
Le coefficient de partage est d'une grande importance dans l'industrie pharmaceutique. Un médicament destiné à être pris par voie orale doit avoir des affinités à la fois pour les solvants organiques et pour l'eau. Les solvants organiques sont lipophiles et peuvent dissoudre les lipides. Ainsi, si un médicament est soluble dans les solvants organiques, il peut traverser la membrane lipidique qui entoure les cellules de notre corps. À l'intérieur de la cellule, il y a de l'eau et pour que le médicament soit efficace, il doit maintenant être soluble dans l'eau. Si le médicament n'est pas du tout soluble dans les solvants organiques, il ne pourra pas traverser la membrane lipidique de la cellule et sera éliminé de l'organisme. De même, si le médicament n'est pas soluble dans l'eau, bien qu'il traverse la membrane lipidique, il n'aura pas l'effet désiré et attendu. En général, l'octanol et l'eau sont pris en compte pour estimer l'affinité des médicaments dans l'industrie pharmaceutique.
Ce qu'il faut savoir sur le coefficient de partage -
- Les coefficients de partage varient en fonction de la température, comme toute autre constante d'équilibre.
- Le soluté ne doit pas réagir avec l'un ou l'autre des solvants, ni s'y ioniser.
- Le soluté doit être présent dans le même état physique dans les deux solvants.
- Les coefficients de partage sont plus précis pour les solutions diluées.
Calcul du coefficient de partage
Dans un récipient contenant 100 ml d'eau et 10 ml d'un solvant organique, on ajoute 1 g de méthylamine (CH3NH2). En mélangeant, 0,6 g de méthylamine est transféré dans la couche d'éther. Calcule le coefficient de partage entre le solvant organique et l'eau.
Solution
Puisqu'on nous a demandé de calculer le coefficient de partage entre le solvant organique et l'eau, la concentration du soluté dans l'éther sera au numérateur puisqu'elle est mentionnée en premier. Par conséquent, la formule devient :
$$ K_{pc} = \frac {[CH_3NH_2]_{dissous~dans~le~solvant~organique}}.
{[CH_3NH_2]_{dissolved~in~water}} $$
On sait que lors du mélange, 0,6 g de méthylamine passe dans le solvant organique.
$$ concentration~de~CH_3NH_2~dans~le~solvant~organique = \frac {0.6}{10}~g~cm^{-3}$$.
Cela signifie que le reste de la méthylamine est dissous dans l'eau.
$$ Donc~concentration~de~CH_3NH_2~dans~le~solvant organique = \frac {1-0,6}{100} = \frac {0,4}{100}~g~cm^{-3}$$.
Maintenant que nous connaissons la concentration du soluté dans les deux solvants, nous pouvons calculer le coefficient de partage :
$$ K_{pc} = \frac {\frac {0.6}{10}}{\frac {0.4}{100}} $$
$$ K_{pc} = 15 $$
Rappelle-toi que 1 ml = 1 cm3.
Tu dois toujours veiller à utiliser les mêmes unités de concentration au numérateur comme au dénominateur. Comme nous l'avons dit précédemment, remarque que le Kpc est une quantité sans dimension
Examinons le même problème, mais sous un angle différent.
1g de méthylamine est agité avec 100ml d'eau et 5ml d'un solvant organique. Le coefficient de partage, Kpc, entre le solvant organique et l'eau est de 20. Détermine la quantité de méthylamine dissoute dans l'eau et dans le solvant organique.
Solution
Écrivons les informations qui nous sont données dans le problème.
$$ Poids~du~CH_3NH_2 = 1g $$
$$ Volume~de~l'eau = 100 cm^3 $$
$$ Volume~du~solvant~organique = 5 cm^3 $$
$$ K_{pc} = 20 $$
Nous devons trouver quelle quantité de méthylamine est dissoute dans l'eau, et quelle quantité dans le solvant organique. Nous pouvons commencer par écrire la formule de Ksp. Rappelle-toi que Ksp est donné entre le solvant organique et l'eau, donc le solvant organique sera dans le numérateur.
$$ K_{pc} = \frac {[CH_3NH_2]_{dissous~dans~le~solvant organique}}{[CH_3NH_2]_{dissous~dans~l'eau}} $$
Supposons que la quantité de méthylamine dissoute dans le solvant organique soit x. Par conséquent, la quantité dissoute dans l'eau devient 1-x.
$$ Concentration~de~méthylamine~dans~le~solvant~organique = \frac {x}{5} $$
$$ Concentration~de~méthylamine~dans~l'eau = \frac {1-x}{100} $$
$$ \concernant K_{pc} = \frac {x}{5} }{\frac {1-x}{100} } = 20 $$
$$ \contre \frac {20\cdot x}{1-x} = 20 $$
$$ \concernant x = 1-x $$
$$ x = \frac {1}{2} = 0.5 $$
Par conséquent, 0,5 g de méthylamine est dissous dans la couche de solvant organique, et l'autre 0,5 g est dissous dans l'eau.
Prenons un autre exemple.
Une question modèle similaire est apparue dans l'un des documents précédents.
Q : L'ammoniac est soluble à la fois dans l'eau et dans les solvants organiques. Une solution aqueuse d'ammoniac est agitée avec le trichlorométhane, un solvant organique non miscible. On laisse le mélange atteindre l'équilibre. Des échantillons sont prélevés dans chaque couche et titrés avec de l'acide chlorhydrique dilué.
- Un échantillon de 25,0 cm3 de la couche de trichlorométhane nécessite 13,0 cm3 de 0,100mol-dm-3 HCl pour atteindre le point final. (PARTIE 1)
- Un échantillon de 10,0cm3 de la couche aqueuse nécessite 12,5cm3 de 0,100mol-dm-3 HCl pour atteindre le point final. (PARTIE 2)
(ii) Calcule le coefficient de partage, KPartition, de l'ammoniac entre le trichlorométhane et l'eau.
SOLUTION
Avant de tenter de répondre à de telles questions, tu dois examiner attentivement les unités de toutes les grandeurs physiques. Elles doivent toutes être en accord les unes avec les autres.
Ici, les volumes sont donnés en cm3 tandis que la concentration est donnée en mol dm-3. Tu dois d'abord convertir le volume en dm3ou la concentration en mol cm-3. L'une ou l'autre méthode fonctionne très bien.
Par commodité, nous indiquons la couche de trichlorométhane par (org) et la couche aqueuse par (aq)
Ici, nous aborderons cette question en convertissant les unités de volume de cm3 en dm3.
PARTIE I : COUCHE TRICHLOROMÉTHANE/ORGANIQUE
\(V_{NH_3(Org)}\) = \(25.0 cm^3\) = \(25 fois 10^{-3} dm^3\qquad 1 cm^3 = 10^{-3} dm^3\)
\N(V_{HCl}\N) = \N(13,0 cm^3\N) = \N(13,0 \Nfois 10^{-3} dm^3\N)
Pour faciliter les calculs, convertissons la concentration de \(HCl\) d'un nombre réel en notation scientifique.
\(0.100~ mol~ dm^{-3} = 100 \times 10^{-3} dm^{-3} \)
Trouvons maintenant la concentration de à partir des résultats du titrage.
\(NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl\)
Une mole d'ammoniac réagit avec une mole de HCl. Le nombre de moles est donc égal. Si nous trouvons le nombre de moles de HCl à partir de la concentration et du volume de HCl, nous connaîtrons le nombre de moles d'ammoniac . À partir de cette information, nous pouvons déduire la concentration d'ammoniac dans la couche organique.
Concentration de HCl = nombre de moles de HCl / volume de HCl utilisé pour atteindre le point final.
\(100 \Nfois 10^{-3} mol~dm^{-3} \N) = \N(\dfrac {n_{HCl} } {13 \Nfois 10^{-3}dm^3} \N)
\N(n_{HCl}) = \N(13 \Nfois 10^{-3}) \cancel {dm^3} \N- fois 100 \N- fois 10^{-3} mol~\cancel {dm^{-3}} \)
En simplifiant...
\N(n_{HCl}\N) = \N(1.3 \Nfois 10^{-3} mol\N)
∴ \(n_{HCl}\) = \(n_{NH_3}\) = \(1.3 \times 10^ {-3} \)
Maintenant, en utilisant ce nombre de moles et le volume donné dans la question, trouvons la concentration d'ammoniac dans la couche organique (chloroforme/trichlorométhane).
\( \mathrm{Concentration_{org}}\) = \(\dfrac {n_{org}} {V_{org}}\)
= \(\dfrac {1.3 \times 10^ {-3}mol} { 25 \times 10^{-3} dm^{3}}\)
= \(\dfrac {1.3 \times \cancel {10^{-3}}mol} { 25 \ctimes \cancel {10^{-3}}dm^{3}}\)
= \N(0.052~mol~dm^{-3}\)
∴ \ ( \mathrm{Concentration_{org}}\) = \(0.052~mol~dm^{-3}\) -------------------------------
Part II : AQUEOUS LAYER
Conversion de toutes les unités
Données :
Volume de l'échantillon dans la couche aqueuse \(V_{aq}\) = \(10 cm^3\) = \(10 \times 10^{-3} dm^3\)
Volume de HCl nécessaire pour neutraliser l'ammoniac dans la couche aqueuse = \(12,5 cm^3\) = \(12,5 \times 10^{-3}dm^3\)
Concentration de HCl utilisée = \(0,100~mol~dm^{-3}\) = \(100 \times 10^{-3} mol~dm^{-3}\)
À partir de ces données, calculons d'abord le nombre de moles de HCl ayant réagi avec l'ammoniac en couche aqueuse. Le nombre de moles obtenu sera égal au nombre de moles d'ammoniac.(hint : équation)
Concentration de HCl = nombre de moles de HCl / volume de HCl utilisé pour atteindre le point final.
\( \mathrm {Concentration_{aq}}\) = \( \dfrac {n_{HCl}} {V_{HCl}}\)
\N(100 \Nfois 10^{-3} mol~dm^{-3}) = \N( \Ndfrac {n_{HCl}} {12.5 \Nfois 10^{-3}dm^3}\N)
\N(n_{HCl}) = \N(12.5 \Nfois 10^{-3}) \cancel {dm^3} \contre 100 \contre 10^{-3} mol~ \cancel {dm^{-3}} \)
\N(n_{HCl}\N) = \N(1,25 \Nfois 10^ {-3} mol\N)
Maintenant que nous avons le nombre de moles, nous pouvons en déduire la concentration d'ammoniac dans l'eau.
\( \mathrm Concentration_{NH_3~in~aq}\) = \( \dfrac {n_{NH_3}} { V_{NH_3}}\)
= \( \dfrac { 1.25 \times \cancel {10^{-3}}mol} {10 \ctimes \cancel {10^{-3}} dm^3}\)
= \N(0.125 mol~dm^{-3}\N)
∴ \( \mathrm Concentration_{aq} \) = \(0.125 mol~dm^{-3}\) ------------------ 2
TROUVER LE COEFFICIENT DE PARTAGE DE L'AMMONIAC :
D'après les résultats 1 et 2,
\(K_{pc}\) = \( \dfrac {Concentration_{org} } {Concentration_{aq}}\)
= \( \dfrac {0.052 \cancel {mol~dm^{-3}}} {0.125 \cancel {mol~dm^{-3}}}\)
| \(K_{pc}\) = \(0.416\) |
Le coefficient de partage de l'ammoniac est donc de 0,416. Remarque que les unités se sont annulées et que le rapport obtenu n'a pas d'unités.
Coefficient de partage : Interprétation
Pourquoi avons-nous besoin de connaître le coefficient de partage d'un soluté ?
Eh bien, le coefficient de partage du soluté nous indique l'affinité du soluté envers l'eau et les solvants organiques. Si un soluté est plus soluble dans l'eau que dans le solvant organique, alors la concentration du soluté sera plus importante dans l'eau. Cela signifie que le soluté est hydrophile, c'est-à-dire qu'il aime l'eau.
Disons que la concentration d'un soluté dans l'eau est de 8 mol/dm3 et que la concentration d'un soluté dans un solvant organique est de 2 mol/dm3. Le coefficient de partage sera
$$Kpc=\frac{2}{8}=0.25$$
Remarque que le coefficient de partage n'a pas d'unité, il est sans dimension puisqu'il s'agit d'un rapport.
La valeur du coefficient de partage inférieure à 1 indique que le soluté est hydrophile, donc qu'il a plus d'affinité pour l'eau. En revanche, si la valeur du Kpc est supérieure à 1, cela indique que le soluté est hydrophobe (et lipophile), donc plus soluble dans le solvant organique.
Il est donc intéressant de noter que si
| Kpc < 1 - Hydrophile/aimant l'eau-plus soluble dans l' eau-PolaireKpc > 1 - Hydrophobe-/aimant l'eau-plus soluble dans le solvant organique-non polaire . |
Coefficient de partage - Principaux enseignements
- Le coefficient de partage est le rapport de la concentration d'un soluté qui est dissous dans deux liquides non miscibles, mesuré lorsque le soluté est en équilibre à travers l'interface entre les deux liquides.
- Le rapport de la concentration d'un soluté ionisable dissous dans un solvant organique sur la concentration du soluté dans la phase aqueuse est appelé coefficient de distribution.
- Formule du coefficient de partage , \(K_pc\) = \( \dfrac {[Soluté]_{org}} {[Soluté]_{aq}}\)
- Le coefficient de partage permet de comprendre comment se fait la répartition d'un soluté entre deux liquides non miscibles.
- Les coefficients de partage varient en fonction de la température, comme toute autre constante d'équilibre.
- Le coefficient de partage est sans dimension - il n'a pas d'unité.
- Le coefficient de partage nous aide à déterminer la solubilité, la nature polaire-non polaire et l'hydrophilie d'un soluté.
- Si le Kpc est inférieur à 1, cela signifie que le soluté est plus soluble dans l'eau et si le Kpc est supérieur à 1, cela indique que le soluté est moins soluble dans l'eau et plus soluble dans le solvant organique.
Références
- https://read.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-117-partition-coefficient-n-octanol-water-hplc-method_9789264069824-en#page2
- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21300395/
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