15.4 Propriétés physiques des acides carboxyliques
Objectifs d’apprentissage
- Comparer les points d’ébullition des acides carboxyliques avec les alcools de masse molaire similaire.
- Comparer les solubilités des acides carboxyliques dans l’eau avec les solubilités des alcanes et des alcools comparables dans l’eau.
Plusieurs acides carboxyliques sont des liquides incolores avec des odeurs désagréables. Les acides carboxyliques ayant de 5 à 10 atomes de carbone ont tous une odeur de « chèvre » (expliquant l’odeur du fromage Limburger). Ces acides sont également produits par l’action des bactéries de la peau sur le sébum humain (huiles de la peau), ce qui explique l’odeur des vestiaires mal ventilés. Les acides ayant plus de 10 atomes de carbone sont des solides cireux, et leur odeur diminue avec l’augmentation de la masse molaire et la diminution de la volatilité qui en résulte.
Les acides carboxyliques présentent une forte liaison hydrogène entre les molécules. Ils ont donc des points d’ébullition élevés par rapport à d’autres substances de masse molaire comparable.
Le groupe carboxyle s’engage facilement dans une liaison hydrogène avec les molécules d’eau (figure 15.3 « Liaison hydrogène entre une molécule d’acide acétique et des molécules d’eau »). Les acides ayant de un à quatre atomes de carbone sont totalement miscibles avec l’eau. La solubilité diminue à mesure que la longueur de la chaîne carbonée augmente car les forces dipolaires deviennent moins importantes et les forces de dispersion plus prédominantes. L’acide hexanoïque est à peine soluble dans l’eau (environ 1,0 g/100 g d’eau). L’acide palmitique, avec son important composant hydrocarboné non polaire, est essentiellement insoluble dans l’eau. Les acides carboxyliques sont généralement solubles dans des solvants organiques tels que l’éthanol, le toluène et l’éther diéthylique.
Figure 15.3 Liaison hydrogène entre une molécule d’acide acétique et des molécules d’eau
Les acides carboxyliques de faible masse molaire sont assez solubles dans l’eau.
Le tableau 15.2 « Constantes physiques des acides carboxyliques » énumère quelques propriétés physiques de certains acides carboxyliques. Les six premiers sont des homologues. Remarquez que les points d’ébullition augmentent avec la masse molaire, mais que les points de fusion ne montrent aucun schéma régulier.
Tableau 15.2 Constantes physiques des acides carboxyliques
| Formule développée condensée | Nom de l’acide | Point de fusion (°C) | Point d’ébullition (°C) | Solubilité (g/100 g d’eau) |
|---|---|---|---|---|
| HCOOH | acide formique | 8 | 100 | miscible |
| CH3COOH | acide acétique | 17 | 118 | miscible |
| CH3CH2COOH | acide propionique | -22 | 141 | miscible |
| CH3(CH2)2COOH | acide butyrique | -5 | 163 | miscible |
| CH3(CH2)3COOH | acide valérique | -35 | 187 | 5 |
| CH3(CH2)4COOH | acide caproïque | -3 | 205 | 1.1 |
| C6H5COOH | acide benzoïque | 122 | 249 | 0.29 |
Exercices de révision des concepts
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Quel composé a le point d’ébullition le plus élevé : l’acide butanoïque (masse molaire 88) ou la 2-pentanone (masse molaire 86) ? Expliquez.
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D’après vous, l’acide butyrique (acide butanoïque) serait-il plus ou moins soluble que le 1-butanol dans l’eau ? Expliquez.
Réponses
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l’acide butyrique à cause de la liaison hydrogène (Il n’y a pas de liaison hydrogène intermoléculaire dans la 2-pentanone.)
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plus soluble car il y a une liaison hydrogène plus importante
Principes essentiels
- Les acides carboxyliques ont des points d’ébullition élevés par rapport aux autres substances de masse molaire comparable. Les points d’ébullition augmentent avec la masse molaire.
- Les acides carboxyliques ayant un à quatre atomes de carbone sont complètement miscibles avec l’eau. La solubilité diminue avec la masse molaire.
Exercices
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Quel composé a le point d’ébullition le plus élevé-CH3CH2CH2OCH2CH3 ou CH3CH2CH2COOH ? Expliquez.
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Quel composé a le point d’ébullition le plus élevé-CH3CH2CH2CH2CH2OH ou CH3CH2CH2COOH ? Expliquez.
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Quel est le composé le plus soluble dans l’eau-CH3COOH ou CH3CH2CH2CH3 ? Expliquez.
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Quel composé est plus soluble dans l’eau-CH3CH2COOH ou CH3CH2CH2CH2CH2COOH ? Expliquez.
Réponses
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CH3CH2CH2COOH à cause de la liaison hydrogène (Il n’y a pas de liaison hydrogène intermoléculaire avec CH3CH2CH2OCH2CH3.)
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CH3COOH car il s’engage dans une liaison hydrogène avec l’eau (Il n’y a pas de liaison hydrogène intermoléculaire avec CH3CH2CH2CH3.)
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