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Page 4
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de L’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
UNIVERSITÉ ABOU BEKR BELKAID-TLEMCEN
FACULTÉ DES SCIENCES
DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE
Mémoire
Pour l’obtention du diplôme de
Master en physique
OPTION: PHYSIQUE DES POLYMÈRES
Présenté par
MmeBOUCHEFRA ZAKIA
sur le thème :
Soutenu publiquement le 02 juillet 2017 devant le jury composé de : MrB.DALI Youcef Docteur Université de Tlemcen Président
Mme N. Diaf M. A. Université de Tlemcen Examinatrice
Mer A. BOUSSAIDProfesseur à l’Université de TlemcenEncadreur
Année universitaire : 2017/2018
SOMMAIRE
Interaction polymère - glycine
[Titre du document]
Page 5
Introduction générale PARTIE -A-
1
Chapitre I : Les polymères
4
I.I. Introduction
5
I.II. Les polymères
5
I.II.1. Définition
5
I.II.2. Différents types de polymères
7
I.III. Les polyélectrolytes
9
I.III.1. Définition
9
I.III.2. Propriétés thermodynamiques
10
I.III.3. Quelques paramètres importants des polyélectrolytes
11
I.III.3.1. Longueur de Bjerrum
11
I.III.3.2. Paramètre de charge
11
I.III.3.3 Longueur d’écran de Debye 11
I.III.4. Applications des polyélectrolytes
12
I.IV. Les polyacrylamides
13
I.IV.1. Définition
13
Chapitre II : Les acides aminés
18
II.I. Introduction
19
II.II. Les acides aminés
19
II.II.1. Généralités
19
II.II.2. Définition
19
II.II.3. Propriété physico chimiques des acides aminés
20
[Titre du document]
Page 6
II.II.3.1. Propriétés physiques
20
II.II.3.2. Les propriétés chimiques
20
II.II.4. Equilibres acido-basiques
20
II.II.6. Rôles des acides aminés
21
II.III. Glycine
21
II.III.1. Définition
21
II.III.2. Identification de la molécule de Glycine
22
II.III.3. Titration de glycine
23
II.III.4. Courbe de Titration
24
II.III.5. Diagrammes de répartition des espèces
25
Chapitre III : La conductivité
28
III.I. Introduction
29
III.II. La conductivité électrique
29
III.II.1. Définition
29
III.II.2. Conductivité des solutions
31
III.II.2.1. Solution conductrice des électrolytes III.II.2.2. Expression de la conductivité d’une solution aqueuse électrolytique
31
32
III.II.3.Effet de la concentration III.II.4. Influence de la masse molaire PARTIE -B- PARTIE EXPERIMENTALE I. Mesure de la conductivité de l’eau II. Titration de la glycine III. Mesure de la conductivité de la glycine IV. Conductivité du polyacrylamide co acide acrylique V.Conductivité du polyacrylamie cationique
34 35 38 39 39 39 40 41
[Titre du document]
Page 7
VI. Conductivité du système ternaire Polyacrylamide cationique-eau-glycine pour différent pH CONCLUSION GENERALE
42 47
[Titre du document]
Page 8
CHAPITRE I :
I.I. INTRODUCTION :
Avec la découverte des hydrocarbures, les polymères sont devenus des matériaux utilisés
couramment dans l'industrie moderne. Ce secteur des matériaux à base de polymères connaît,
RAPPELS SUR RAPPELS SUR RAPPELS SUR RAPPELS SUR LES POLYMERESLES POLYMERESLES POLYMERESLES POLYMERES
[Titre du document]
Page 9
durant ces dernières décennies, un développement intensif. La littérature sur ce sujet est
immense et très riche. Les peintures ou les matériaux plastiques sont des polymères ayant des
propriétés certes très différentes, mais qui sont toutes dues à la structure des chaînes
macromoléculaires très longues.
La chimie des polymères consiste en l'étude des propriétés à l’échelle moléculaire qui
dépendent fortement de leur nature chimique, tandis que la physique des polymères suppose
décrire ces propriétés par un nombre restreint de paramètres à partir desquels elle s'efforce
d'obtenir des résultats plus généraux: solubilité, configuration, élasticité, viscosité, etc.
Les macromolécules sont le centre de grands intérêts scientifiques, économiques, industriels
et autres. Elles présentent une grande variété de propriétés très utiles pour des applications
pratiques mécaniques, thermiques, électriques, optiques,… [1]
I.II. Les polymères :
I.II.1. Définition :
On appelle polymère une grande molécule constituée d’unités fondamentales appelées
monomères (ou motifs monomères) reliées par des liaisons covalentes.
Un monomère est un composé constitué de molécules simples pouvant réagir avec d’autres
monomères pour donner un polymère. Contrairement au polymère, un monomère a une faible
masse moléculaire.
Le terme macromolécule est souvent utilisé à la place de polymère.
Figure I.1 : Accouplement des monomères
La polymé
moléculair
noyaux de
organiques
Un homopo
Un copoly
sortes diffé
La polymérisation est
moléculaire plus élev
noyaux des monomèr
organiques) ou d’un a
Figu
Un homopolymère est
Un copolymère est u
sortes différentes.
Figure
érisation est la réaction
ire plus élevée, les pol
es monomères sont le
es) ou d’un atome de sili
Figure I.2 :
polymère est un polymè
lymère est un polymère
Figure I.3 : Présen
st la réaction qui, à part
evée, les polymères ou
ères sont le plus souve
atome de silicium (poly
: Polymérisatio
st un polymère qui comp
un polymère qui comp
résentation d’un
Page 10
n qui, à partir des mono
olymères ou macromol
e plus souvent constitué
ilicium (polymères silico
mérisation d’un mon
comporte des m
re qui comporte des mo
ation d’un homopoly
rtir des monomères, for
ou macromolécules(Figu
vent constitués d’un ato
lymères siliconés).
d’un monomère d’ét
mporte des motifs monom
porte des motifs monom
omopolymère et d’u
[Titre du docu
nomères, forme des com
(Figure I.1 et F
tués d’un atome de carb
mère d’éthylène.
motifs monomères tous
otifs monomères de de
ère et d’un copolymè
[Titre du document]
orme des composés de m
gure I.1 et Figure I.2)
tome de carbone (molé
omères tous identiques.
omères de deux ou plus
copolymère
Titre du document]
omposés de masse
I.2). Les
arbone (molécules
s identiques.
deux ou plusieurs
Les polym
synthétique
glycogène,
exemple
polycarbon
I.II.2. Dif
La structu
conformati
l’utilisation
L’arrangem
chaîne de p
monomère
Figure
polymères.
Les polymères peuv
synthétique. Les mac
glycogène, l’ADN, le
exemple, par le po
polycarbonates, les po
II.2. Différents ty
La structure d'une m
conformation spatiale
l’utilisation du matéria
L’arrangement molécu
chaîne de polymère re
monomères), peut avo
I.4 : Représ
polymères.
ymères peuvent être
ue. Les macromolécule
e, l’ADN, les protéines
par le polyéthylène,
onates, les polysiloxanes
Différents types de po
ture d'une macromolécu
tion spatiale, a un rap
on du matériau (pur ou c
ement moléculaire a un
polymère représentée s
res), peut avoir plusieurs
: Représentation s
uvent être d’origine
acromolécules naturelle
les protéines… Les ma
polyéthylène, le po
polysiloxanes, les poly
ts types de polymères
macromolécule, du poi
le, a un rapport essen
riau (pur ou composite)
culaire a un rôle fondam
représentée simplement
voir plusieurs types de st
ésentation schématique
Page 11
d’origine naturelle (
les naturelles sont les
es… Les macromolécul
e, le polypropylène,
es, les polyamides… [2]
e polymères :
cule, du point de vue
rapport essentiel avec
composite) élaboré à pa
n rôle fondamental dans
simplement en termes d
rs types de structures (F
schématique des dif
naturelle (animale o
lles sont les caoutchou
acromolécules synthéti
ypropylène, le polysty
mides… [2]
oint de vue nature chi
entiel avec les proprié
) élaboré à partir de cette
amental dans la structure
nt en termes de perles lié
structures (Figure I.4
ue des différentes st
[Titre du docu
(animale ou végétale
s caoutchoucs, les pol
ules synthétiques sont r
, le polystyrène, les
e nature chimique et d
les propriétés finales
partir de cette macromol
ns la structure des macro
s de perles liées ensembl
I.4) [3].
ifférentes structures m
[Titre du document]
ou végétale) ou d’or
ucs, les polysaccharide
tiques sont représentée
tyrène, les polyesters
himique et de point de
iétés finales attendues
tte macromolécule.
re des macromolécules.
liées ensemble (molécul
structures moléculaires
Titre du document]
le) ou d’origine
olysaccharides, le
t représentées par
s polyesters, les
de point de vue
s attendues pour
romolécules. Une
ble (molécules ou
moléculaires des
Les polym
polymères
températur
Les polym
Certaines c
à des im
(fonctionna
En présenc
du solvant
différents
liaisons po
I.III. Les
I.III.1. Dé
Les polyél
stabilisées
systèmes
(polycation
Les polymères linéaire
polymères ont un com
température.
Les polymères réticu
ertaines chaînes latér
à des impuretés ou
(fonctionnalité >2).
En présence de solvan
du solvant (ex : les po
différents échantillon
liaisons pontales [4
I.III. Les polyé
III.1. Définition
Les polyélectrolytes s
stabilisées en solution
systèmes constitués
(polycations ou polyan
mères linéaires et branch
s ont un comportement
mères réticulés constitu
chaînes latérales sont li
mpuretés ou à la pré
nalité >2).
nce de solvants, ils gonfl
ex : les polyacrylates
s échantillons que l’on
4].
. Les polyélectrolyte
. Définition :
électrolytes sont des pol
s en solution aqueuse p
constitués de macro
ons ou polyanions) qu
ires et branchés sont sol
omportement thermopla
culés constituent des ré
térales sont liées à la cha
a présence de
ants, ils gonflent plus ou
polyacrylates). C’est en
ns que l’on peut déter
lectrolytes :
sont des polyions porta
on aqueuse par les inte
s de macromolécules
anions) qu’elles soient
Page 12
chés sont solubles dans l
nt thermoplastique,
ituent des réseaux tridi
liées à la chaîne princip
présence de monomère
nflent plus ou moins fort
. C’est en étudiant la
n peut déterminer la m
portant des cha
par les interactions él
romolécules chargées
’elles soient chargées po
olubles dans les solvants
c’est-à- dire
réseaux tridimensionne
haîne principale, les ram
e monomères ayant p
ou moins fortement en fo
n étudiant la variation d
erminer la masse molé
rtant des charges de mê
teractions électrostatiqu
s chargées appelées
t chargées positivement
[Titre du docu
s les solvants organiques
dire qu’ils sont l
idimensionnels insoluble
ipale, les ramifications p
res ayant plusieurs g
rtement en fonction d
la variation du taux de g
masse moléculaire mo
arges de même signe. L
électrostatiques répulsiv
s appelées macro ion
positivement où négative
[Titre du document]
ts organiques et fusibles
qu’ils sont liquides à
els insolubles et infus
mifications peuvent être
plusieurs groupes ré
fonction des caractérist
du taux de gonflement
léculaire moyenne entr
ême signe. Les chaînes
ques répulsives. Ce son
macro ions ou pol
nt où négativement.
Titre du document]
es et fusibles. Ces
t liquides à haute
bles et infusibles.
peuvent être dues
groupes réactifs
es caractéristiques
flement pour
oyenne entre les
. Les chaînes sont
ives. Ce sont des
polyions
[Titre du document]
Page 13
Figure I.5 : Schéma représentant des polymères chargés
Les petites molécules ayant des charges opposées à celles du macroions sont appelées
contreions. Il peut y avoir deux types de contreions. Ceux libérés par les macromolécules en
solution et ceux dû à un sel ajouté. On ajoute souvent un sel à la solution pour changer la
force ionique et diminuer l’effet des interactions électrostatiques par écrantage des charges.
Le sel ajouté introduit des ions de charges opposées à celles des macroions appelés
contreions, dont la présence est absolument indispensable pour garantir l’électroneutralité
globale de la solution et d’autres ions portant une charge de même signe que celle portée par
les polyions, appelés co-ions. La différence dans le comportement entre les polymères neutres
et les polyélectrolytes provient du fait qu’il existe un fort potentiel électrique au voisinage du
polyion de la solution du polyélectrolyte qui fait modifier de nombreuses propriétés. Les
polyélectrolytes ont un double caractère, ils sont en même temps “polymère” et “électrolyte”.
Plus précisément, les polyélectrolytes sont dominés par l’omniprésence des polyions très gros,
lourds, chargés et lents, mais par ailleurs, ils restent des mélanges de charges. Les
polyméristes considèrent plus le caractère “polymère” et négligent le caractère électrolyte. Ils
considèrent une solution de polyélectrolyte comme un système ne contenant qu’une espèce de
particules, les polyions qui interagissent via le potentiel effectif de type coulombien sont
écrantés. Au contraire, les électro-chimistes retiennent avant tout, qu’un polyélectrolyte est un
électrolyte. Ils ont toujours l’idée que c’est un mélange de charges, mais ont tendance à
négliger certaines de ces charges qui sont très importantes. Ils appliquent directement aux
polyélectrolytes les lois simples des électrolytes, remplaçant simplement les faibles charges
de valence des électrolytes par les fortes charges de valence de polyion [5].
I.III.2. Propriétés thermodynamiques :
L’ensemble des propriétés physico-chimiques des polyélectrolytes est affecté par la présence
des charges. En particulier, la viscosité, la pression osmotique et l’intensité de la lumière
diffusée, sont très différentes de celles des macromolécules neutres (non chargées) par suite
des possibilités d’allongement accru de la chaîne.
D’autre part, les liaisons entre les charges élémentaires modifient très sensiblement les
caractéristiques thermodynamiques et électrochimiques, telles que le coefficient d’activité, les
constantes de dissociation acide-base et les propriétés de transport.
[Titre du document]
Page 14
L’étude théorique des polyélectrolytes en solution est complexe, et le seul moyen de faire ces
études est de comparer le comportement des solutions des polyélectrolytes avec celui des
polymères neutres, d’une part, et avec celui des solutions d’électrolytes simples d’autre part.
Le non idéalité du comportement des solutions de polyélectrolytes est une conséquence du
fort potentiel électrostatique qui existe au voisinage du polyion. Les contre-ions sont piégés
dans ces régions de fort potentiel et perdent leur identité d’espèces indépendantes mobiles. Le
problème de la distribution des contre-ions dans la solution et de la répartition des charges
dans le ployion et leur interaction avec les contre-ions est très important. En effet, si la chaîne
de polyélectrolyte est flexible, tout facteur modifiant l’ionisation provoque un changement de
la conformation du polyélectrolyte.
Une théorie complète du potentiel électrostatique du polyion et de la distribution des contre-
ions devrait donc tenir compte des changements de distribution des charges du polyion, qui
accompagne nécessairement une modification de conformation. En réalité, le problème a
toujours été traité simplement.
Le potentiel électrostatique est calculé pour une conformation fixée de polyion et pour une
distribution donnée des charges du polyion. Deux modèles principaux ont été envisagés : dans
l’un, l’enchaînement macromoléculaire est supposé de former une pelote statistique tandis que
dans l’autre, les charges sont réparties sur un édifice à symétrie sphérique [6].
I.III.3. Quelques paramètres importants des polyélectrolytes :
I.III.3.1. Longueur de Bjerrum :
Si nous considérons deux charges élémentaires distinctes, la distance d’équilibre fixée par la
compensation entre l’énergie électrostatique et l’énergie thermique kBT est appelée longueur
de Bjerrum, notée lB :
= [I.1]
Où ε est la constante diélectrique du milieu. lB vaut 7Angstrums dans l’eau à température
ambiante. est la constante de Boltzmann.
III.3.2. Paramètre de charge :
Le paramètre de charge est : =
[I.2]
[Titre du document]
Page 15
Où l est la distance curviligne entre deux charges consécutives et lB est la longueur de
Bjerrum.
III.3.3 Longueur d’écran de Debye
La longueur d’écran détermine la distance maximale en dessou de laquelle l’atmosphère
ionique de la solution ne viendra pas perturber de façon appréciable le champ électrique Ψ
créé autour d’une charge ponctuelle i par une charge j distante de r. Dans l’approximation de
Debye-Hückel :
Ψ =
exp (−) [I.3]
Avec = 4 où et la force ionique.
Dans le cas des polyélectrolytes, on admet généralement que les charges portées par la chaine
ne participent pas à l’expression de la longueur d’écran.
I.III.4. Applications des polyélectrolytes :
Les polyélectrolytes sont des polymères dont une partie ou la totalité des motifs comporte une
ou plusieurs fonctions ioniques. Ils ont été l’objet de beaucoup d’attention ces dernières
décennies par source de nombreuses utilisations [7,8], notamment de par leurs propriétés
électrochimiques [9] et d’échange ionique. En effet, ces polymères ioniques sont employés
pour le stockage d'énergie, la production de chloroalcanes par électrolyse [7], pour l’électro-
catalyse, en électrochimie organique, en bio-électrochimie, en photo-électrochimie, en
analyse (osmose inverse [10], membranes semi-perméables en polysulfones [11,12], etc…),
pour l’ultrafiltration [13], pour les procédés électro-membranaires [14] (électrodialyse [7, 10,
15], électro-déionisation notamment pour la désalinisation de l’eau de mer [14] etc…), pour la
séparation d’acides aminés, pour les capteurs (humidité etc.) et sondes, pour les affichages
électrochromes, dans différents dispositifs électroniques, pour l’écrantage aux micro-ondes,
pour la protection contre les corrosions, etc. L’émergence de membranes échangeuses de
protons pour les piles à combustible (PEMFC) a considérablement dynamisé les recherches
dans ce domaine. Les moyens d’étude et de caractérisation se sont largement développés. Les
connaissances pour adapter les polymères connus ou pour en créer de nouveaux avec de
nouvelles fonctionnalités se sont largement développées.
[Titre du document]
Page 16
Les polyélectrolytes trouvent des applications importantes, notamment dans le domaine
industriel tels que l’industrie agro-alimentaire, la médecine, l’industrie cosmétique, l’industrie
papetière ou encore l’industrie pétrolière.
L’industrie pétrolière, surtout dans la récupération assistée du pétrole en utilisant la
viscosité due aux effets de charges.
L’industrie des peintures, pour obtenir la qualité en améliorant l’adhésion et
l’homogénéité.
L’industrie textile.
L’industrie du papier : les super absorbants, par exemple, sont des gels de polyélectrolyte.
Ils peuvent absorber une masse d'eau liquide équivalente à mille fois leur masse déshydratée.
Le traitement des eaux usées et des minerais grâce aux propriétés de floculation.
Une autre application intéressante est qu'on peut agir sur les polyéléctrolytes avec un champ
électrique. Ceci est mis à profit en électrophorèse, technique analytique qui permet de séparer
des macromolécules en fonction de leur charge [16, 17, 18, 19, 20].
I.IV. Les polyacrylamides :
I.IV.1. Définition :
Les polyacrylamides sont des polymères relativement stables, de structure cristalline, solubles
dans l'eau et dans de nombreux solvants organiques. Les chaînes de polyacrylamides
contiennent plus de 50 % en volume de sous-unités d'acrylamide qui sont des molécules
polyfonctionnelles contenant une double liaison vinylique carbone-carbone et un groupe
amide. On distingue trois catégories de polyacrylamides : cationiques, anioniques et non-
ioniques. Seuls les deux premiers sont couramment utilisés en pâtes à papiers comme agent de
floculation ou de rétention [21].
* Le polyacrylamide se prépare par la polymérisation d'acrylamide.
La polymérisation de l’acrylamide conduit à des polymères à haut poids moléculaire. [22].
Où n est le
Les polyac
linéaire cat
neutre ou
constitués
l’acide acry
ioniques. L
co-monom
triméthyl a
méthylèneb
[5].
La masse
grammes p
Les polyac
les particu
anioniques
ensembl
la capacité
Les polyac
la diffusion
permettent
celle-ci.
Où n est le degré de po
Les polyacrylamides
linéaire cationique), d
neutre ou anionique),
nstitués d’acrylamid
l’acide acrylique [23
ioniques. Le co-mono
monomère cationi
triméthyl ammonium
méthylènebisacrylami
La masse molaire m
grammes par mole [
Les polyacrylamide
les particules en sus
anioniques, qui peuv
ensemble de charge n
la capacité d’agglomé
Les polyacrylamides,
la diffusion de l’eau
permettent un meilleu
ci.
Figure
le degré de polymérisatio
acrylamides sont des po
ationique), desséchant (f
u anionique), en fonctio
s d’acrylamide ou d’une
23]. Ils peuven
monomère anion
mère cationique le plu
ammonium [24]. Les a
ebisacrylamide, du N,N
e molaire moyenne de
par mole [26].
acrylamides cationiques
cules en suspension da
es, qui peuvent être ad
de charge neutre. De p
té d’agglomérer un grand
acrylamides, sous forme
ion de l’eau au sein d’u
nt un meilleur séchage
Figure I.6 : Polym
polymérisation.
sont des polymères q
desséchant (forme linéa
e), en fonction de leur
ou d’une combinais
]. Ils peuvent être réticu
nomère anionique le plu
nique le plus couramm
]. Les agents rétic
ide, du N,N’méthylène
moyenne des polyacry
s cationiques sont utilisé
uspension dans les eau
vent être adsorbées pa
neutre. De plus, le haut
érer un grand nombre d
s, sous forme linéaire an
u au sein d’une matrice
eur séchage de la boue
Page 17
: Polymérisation de
polymères qui peuvent
(forme linéaire anioniqu
tion de leur structure c
ne combinaison d’acryla
nt être réticulés ou non,
ionique le plus couramm
lus couramment utilisé
agents réticulant renco
,N’méthylènebisméthacr
des polyacrylamides lin
es sont utilisés sous form
dans les eaux usées on
adsorbées par les poly
plus, le haut poids molé
nd nombre de particules
e linéaire anionique, jou
’une matrice. Ainsi, ajo
e de la boue en favorisa
mérisation de l'acryla
qui peuvent être utilisé
éaire anionique), ou réten
ur structure chimique.
ison d’acrylamide et d’u
culés ou non, anioniques
lus couramment utilisé
ment utilisé est le ch
iculant rencontrés dans
nebisméthacrylamide et
rylamides linéaires est
isés sous forme linéaire
aux usées ont la capac
par les polyacrylamide
ut poids moléculaire du
de particules et ainsi de
nionique, jouent le rôle
ce. Ainsi, ajoutés à une
e en favorisant la diffu
[Titre du docu
de l'acrylamide
nt être utilisés comme f
que), ou rétenteur d’eau
chimique. Les polya
lamide et d’un autre mo
n, anioniques, cationique
ment utilisé est l’acide
sé est le chlorure d’ac
ontrés dans la littératur
crylamide et du Bisac
linéaires est de l’ordre
rme linéaire comme flo
ont la capacité de for
lyacrylamides cationiqu
oléculaire du polyacrylam
es et ainsi de floculer.
ouent le rôle de tensio
joutés à une boue, les
isant la diffusion de l’ea
[Titre du document]
sés comme floculant (f
tenteur d’eau (forme réti
. Les polyacrylamid
’un autre monomère co
es, cationiques ou non
sé est l’acide acrylique,
chlorure d’acryloyloxyé
s la littérature sont du N
et du Bisacryloyl-pipér
st de l’ordre du millio
e comme floculant. En
acité de former des e
des cationiques, forman
u polyacrylamide lui co
e floculer.
le de tensio-actifs et faci
e boue, les polyacrylam
fusion de l’eau au trave
Titre du document]
floculant (forme
u (forme réticulée
yacrylamides sont
monomère comme
ues ou non-
que, et le
’acryloyloxyéthyl-
ure sont du N,N’-
pipérazine
re du million de
loculant. En effet,
ormer des entités
ques, formant un
lamide lui confère
actifs et facilitent
s polyacrylamides
’eau au travers de
[Titre du document]
Page 18
Les polyacrylamides, sous forme réticulée, se présentent sous la forme d’un gel, chargé ou
non, permettant une meilleure fixation de l’eau dans les sols. Ce gel est insoluble et peut être
assimilé à un matériau.
[Titre du document]
Page 19
Références web graphie:
[1]http://dspace.univ
biskra.dz:8080/jspui/bitstream/123456789/4326/3/chapitre%20%2001.pdf
[2]http://campus.cerimes.fr/odontologie/enseignement/chap3/site/html/cours.pdf
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Communications in Soil Science and Plant Analysis, 1994, 25, 2171-2185
[Titre du document]
Page 22
CHAPITRE II :
Les acides Les acides Les acides Les acides aminésaminésaminésaminés
II.I. Intr
Les acides
importante
eucaryotes
(anticorps)
libération d
II.II. Les
II.II.1. G
Les acides
molécules
La connais
séparation
propriétés
Dans ce ch
II.II.2.
Unacideam
groupemen
l’aminesur
aminés. En
rattache l
Commecec
pour la gl
stéréochim
formesD
I. Introduction
Les acides aminés son
importante dans le m
eucaryotes, procaryo
(anticorps). L’hydroly
libération des acides a
II. Les acides
II.1. Généralité
Les acides aminés so
molécules libres ou en
La connaissance des
séparation et identifi
propriétés des protéine
Dans ce chapitre, on v
II.2.Définition:
Unacideaminéest un
groupementacidecarbo
l’aminesur la chaîneca
aminés. En effet, la f
rattache la fonction
Commececarboneestre
pour la glycine où
stéréochimique de ce
D des acides am
Introduction :
es aminés sont les const
te dans le monde vivan
es, procaryotes et vira
s). L’hydrolyse par vo
des acides aminés [1].
. Les acides aminés
. Généralités :
es aminés sont parmi le
s libres ou encore en tan
aissance des propriétés
n et identification. Ell
s des protéines, et par la
chapitre, on va présenter
Définition:
minéest un compos
entacidecarboxylique. L
ur la chaînecarbonée. Le
En effet, la fonction am
la fonction amine
ecarboneestrelié à quatr
glycine oùRest un hydr
mique de cecentrechira
des acides amines sonte
Figure II.1
ont les constituants fon
monde vivant, elles son
otes et viraux, dans
olyse par voie chimiqu
aminés [1].
ides aminés :
ont parmi les molécule
encore en tant que maillo
s propriétés des acides
ification. Elle est égal
nes, et par la suite de po
va présenter quelques p
un composéorganique
boxylique. Le type (
carbonée. Les acidesami
fonction amine est en
on amine estappeléca
trelié à quatregroupesdi
est un hydrogène). Po
cecentrechiralest en gé
amines sontextrêmemen
II.1 : Structure
Page 23
stituants fondamentaux
ant, elles sont impliqué
iraux, dans le fonctio
voie chimique ou enzy
les molécules d’intérêt
ant que maillons élément
s des acides aminés e
lle est également imp
la suite de pouvoir les an
er quelques propriétés im
oséorganiquecontenant
Le type (α, β, δ,..) d
es acidesaminés qui com
mine est en position
estappelécarbone
tregroupesdifférents (
drogène). Pour les acid
iralest en généralL (da
textrêmementrares[3].
Structure générale d’
ndamentaux des protéin
ont impliquées dans les
s le fonctionnement (
ou enzymatique d
les d’intérêt biologique
llons élémentaires des pr
es aminés est très imp
alement importante po
ouvoir les analyser et le
propriétés importantes d
uecontenant un grou
,..) d’acideamin
minés qui composent les
n position α de la foncti
carbone α et sera
différents (COOH, NH
Pour les acides amines
(dans la nome
ntrares[3].
re générale d’un αacide a
[Titre du docu
des protéines. Celles
ées dans les structures
ionnement (enzyme) e
zymatique des protéine
t biologique très import
ntaires des protéines[2].
est très importante po
portante pour la com
analyser et les identifier.
importantes de ces molé
t un groupement
d’acideaminéestrelié à
omposent les protéine
nction acide. L
et sera noté par
OH, NH2, H et R
cides amines naturels,
ans la nomenclature d
acide aminé.
[Titre du document]
ines. Celles-ci ont une
es structures des organi
(enzyme) et la prote
des protéines conduit
e très important, en tan
protéines[2].
portante pour leur ana
pour la compréhension
les identifier.
s de ces molécules.
oupement amine et
inéestrelié à la positio
es sont les acid
ction acide. Le carbone
noté par la suite
R), ilest chiral
es naturels, la configur
menclature de Fischer).
Titre du document]
ci ont une place
es des organismes
et la protection
ines conduit à la
rtant, en tant que
our leur analyse,
mpréhension des
amine et un
à la position de
s sont les acides α-
. Le carboneoù se
r la suite Cα.
, ilest chiral (sauf
, la configuration
de Fischer). Les
II.II.3. Pr
II.II.3.1.
Sté
Les acides
chirales, à
chiralité, e
stéréo-isom
isomères so
II.II.3.2.
Sol
Les acides
radicaux po
Les acides
Pro
Les amino
fonction ba
des molécu
bases en m
II.II.4. Eq
Les acides
[5].
Ils sont sol
II.3. Propriété p
II.3.1. Propriété
Stéréochimie:
Les acides aminés co
chirales, à l’exception
chiralité, est lié à qua
isomères de co
isomères sont appelée
II.3.2. Les propr
Solubilité :
Les acides aminés so
radicaux polaires com
Les acides aminés son
Propriétés ion
Les aminoacides pos
fonction basique -NH
des molécules amphot
bases en milieu acide.
II.4. Equilibres
Les acides aminés cris
Ils sont solubles beauc
. Propriété physico ch
.1. Propriétés physiqu
téréochimie:
es aminés comprennent
l’exception de la glyc
est lié à quatre substitu
mères de configuration
sont appelées ‘énantiom
.2. Les propriétés chim
:
es aminés sont solubles
polaires comme NH2
es aminés sont faiblemen
ropriétés ioniques :
noacides possèdent deu
NH2. A pH con
cules amphotères : ils pe
milieu acide.
Figure II.2
. Equilibres acido-
s aminés cristallisent à
olubles beaucoup plus da
té physico chimiques
iétés physiques :
comprennent tous, 1 ou
on de la glycine. L’ato
uatre substituants différ
configurations différente
es ‘énantiomères’.
opriétés chimiques
sont solubles dans l’ea
2, COOH ou OH
ont faiblement solubles
ossèdent deux groupem
. A pH convenable, ils
otères : ils peuvent agir
re II.2 : Formule chi
-basiques
ristallisent à un point de
ucoup plus dans l’eau qu
Page 24
o chimiques des acide
nt tous, 1 ou 2 carbones
lycine. L’atome de carb
ituants différents, donc
ons différentes des acide
chimiques :
les dans l’eau : Les plu
COOH ou OH (sérine).
ent solubles dans l’alcoo
eux groupements ionisa
onvenable, ils prennent l
peuvent agir comme des
Formule chimique de m
:
point de fusion élev
dans l’eau que dans des
es des acides aminés
u 2 carbones asymétriq
tome de carbone asymé
érents, donc substitué as
tes des acide aminé et
au : Les plus solubles
OH (sérine).
s dans l’alcool.
ments ionisables : 1 fo
ils prennent la forme dip
ir comme des acides en m
himique de milieu acido
de fusion élevé, habituel
que dans des solvants m
[Titre du docu
ides aminés [4] :
es asymétriques: ce son
arbone asymétrique, app
c substitué asymétriquem
de aminé et L-acide am
lus solubles sont ceux
sables : 1 fonction acid
t la forme dipolaire ou io
es acides en milieu alcal
milieu acido-basique
levé, habituellement au d
s solvants moins polaire
[Titre du document]
iques: ce sont des molé
étrique, appelé centre
asymétriquement. Il exi
acide aminé. Ces st
s sont ceux qui porten
fonction acide -COOH
ipolaire ou ion mixte, ce
milieu alcalin et comm
basique
ellement au dessus de 2
moins polaires.
Titre du document]
ont des molécules
ppelé centre de la
ement. Il existe 2
Ces stéréo-
x qui portent des
COOH et 1
ion mixte, ce sont
alin et comme des
u dessus de 200°C
[Titre du document]
Page 25
Les acides aminés ont des propriétés acido-basiques remarquables [6]. Dans un milieu aqueux
comme l’eau, un acide aminé est dissocié, il peu agir à la fois comme un acide ou comme une
base.
Figure II.3 : Equilibres acido-basiques d’un acide aminé.
Les α-amino acides ont deux groupes acido-basiques, tandis que ceux ayant des chaînes
latérales ionisables, ont trois groupes.
II.II.6. Rôles des acides aminés :
Le rôle des acides aminés est multiple:
Structural : monomères des protéines.
Energétique : substrats énergétiques.
Métabolique : précurseurs de molécules d’intérêt
biologique ou intermédiaires métaboliques (exp: les hormones polypeptidiques).
II.III. La glycine :
II.III.1. Définition :
La glycine (abréviations IUPAC-IUBMB : GlyetG) est un acide α-aminé
C'est le plus simple des acides α-aminés, et elle ne possède aucun atome de carbone
asymétrique. Son rayon de Van der Waals est égal à 48 Å.
Jadis appelée glycocolle ou acide aminoacétique, la glycine possède un goût sucré et
peut être utilisée pour améliorer le goût d'édulcorants ou comme exhausteur de goût (E640).
La molécule de glycine joue un rôle de neurotransmetteur inhibiteur au niveau de la
moelle épinière.
Ce
De
selon laque
extraterrest
Elle
permanenc
nos organe
la compose
liaisons pe
La
rôle antiox
antioxydan
sont actifs.
II.III.2. I
La structur
Étant donn
amine, c’es
et comme u
acides ami
telle espèc
zwitterion
Ce n'est pas un
De la glycin
selon laquelle la vie
extraterrestre.
Elle participe
permanence, les proté
nos organes, nos os et
la composent et par l'e
liaisons peptidiques.
La glycine par
rôle antioxydant, il pa
antioxydants exogènes
sont actifs.
III.2. Identificat
La structure moléculai
Étant donné que la gly
amine, c’est l’une des
et comme une base. D
acides aminés existent
telle espèce, neutre,
zwitterion.
e n'est pas une molécule
e la glycine a été ident
vie pourrait s’ê
lle participe à la forma
nce, les protéines qui con
nes, nos os etc... Chaque
sent et par l'enchaîneme
eptidiques.
a glycine participe à la f
xydant, il participe direc
ants exogènes comme la
2. Identification de la
ure moléculaire de la g
Figure
nné que la glycine contie
’est l’une des espèces
e une base. De plus, un a
inés existent en fait en s
èce, neutre, mais aussi
une molécule chirale (c'e
e a été identifiée sur un
pourrait s’être formée
e à la formation de m
téines qui constituent no
etc... Chaque protéine e
l'enchaînement très préc
articipe à la formation d
articipe directement à la
es comme la vitamine C
ication de la molécule
laire de la glycine est sou
Figure II.4 :Formul
glycine contient à la fois
es espèces amphotères
De plus, un acide carbo
nt en fait en solution aqu
is aussi à la fois
Page 26
le chirale (c'est une exce
ntifiée sur une comète.
’être formée sur terre g
ation de molécules bi
onstituent nos muscles,
ue protéine est caractéri
ent très précis de ces de
a formation du glutathion
tement à la neutralisat
la vitamine C et E dans
e la molécule de Glyci
lycine est sous la forme
Formule chimique
tient à la fois une foncti
amphotères, c’est-à-
acide carboxylique étan
n solution aqueuse sous
ssi à la fois cation et
c'est une exception pour
comète. Cette déco
e sur terre grâce à l'app
molécules biologiques c
nos muscles, notre peau,
est caractérisée par le n
écis de ces derniers, relié
du glutathion dans l’org
la neutralisation des rad
C et E dans leur état réd
ule de Glycine :
ous la forme suivante
ule chimique de la glyci
ois une fonction acide ca
-dire qu’elle se
oxylique étant plus acid
queuse sous forme d’am
is cation et anion, est
[Titre du docu
ception pour les acides a
Cette découverte renf
grâce à l'apport de mol
biologiques complexes,
s, notre peau, nos cheve
risée par le nombre d’ac
derniers, reliés les uns au
ion dans l’organisme. Le
ation des radicaux libres
s leur état réduit, forme
e suivante :
ue de la glycine.
ction acide carboxylique
ire qu’elle se comporte c
tant plus acide qu’un ion
s forme d’ammonium
t anion, est appelée u
[Titre du document]
r les acides aminés).
ouverte renforce l'hypo
pport de molécules d'or
complexes, renouvelée
u, nos cheveux, les paro
nombre d’acides aminé
liés les uns aux autres pa
rganisme. Le glutathion
adicaux libres et maintie
réduit, forme sous laquel
carboxylique et une fon
se comporte comme un
ide qu’un ion ammonium
mmonium-carboxylates
st appelée un amphio
Titre du document]
nforce l'hypothèse
olécules d'origine
s, renouvelées en
eux, les parois de
s aminés qui
aux autres par des
Le glutathion à un
res et maintient les
e sous laquelle ils
ue et une fonction
e comme un acide
on ammonium, les
carboxylates. Une
amphion ou
En solution
groupes fo
sous forme
aminocarbo
II.III.3
La glycine
en effet co
NH2, il se p
dipolaire,a
La constan
sous la for
couples ac
conjuguée
conjugué d
Avec:
Avec :
Les pK
situation p
négatives,
somme des
plupart des
En solution aqueuse, o
groupes fonctionnels c
sous forme de cation
aminocarboxylate A
III.3. Titration d
La glycine, comme le
en effet compte tenu d
, il se produit une
dipolaire,appelézwitte
La constante de cet é
sous la forme de cet
couples acide-base, le
conjuguée de AH2
conjugué de A-). Les é
H3N+—
H3N
Les pKa des fonction
situation près du pH
négatives, sa charge
somme des charges s
plupart des molécules
on aqueuse, on assiste à
fonctionnels concernés. S
e de cation diprotonné
A−
. Titration de glycine
e, comme les autres aci
tenu de la présen
e produit une réaction ac
,appelézwitterion ou amp
ante de cet équilibre éta
orme de cet ion dipolai
base, le couple AH
2+), le couple
). Les équilibres ac
—CH2—CO
N+—CH2—
des fonctions acide et
pH neutre est in
, sa charge globale est
es charges sur la glyci
es molécules de glycine
, on assiste à l’établissem
s concernés. Selon le pH
n diprotonnéAH2+, sou
on de glycine :
les autres acides aminés
de la présence du grou
e réaction acide base in
terion ou amphion.
équilibre étant supérieu
t ion dipolaire qui peu
le couple AH2+/AH±
), le couple AH± /A-
s équilibres acide- basiqu
COOH +H
Ka = $%
—COO- +H
Ka2= &%
ns acide et amine sur
neutre est intéressante
e globale est nulle. À u
sur la glycine est null
es de glycine étant sou
Page 27
à l’établissement de dive
. Selon le pH du milieu,
, sous forme d’
cides aminés n’existe pr
ence du groupement ac
acide base intramolécula
tant supérieure à 104
laire qui peut être noté ± dans lequel i
dans lequel il
basiques de la gly
COOH +H2O↔ H3N
%'()*&'+,-
&%'-.
+H2O↔ H2N
&%/.*&'+,-.&%'(.
t amine sur la glycine
intéressante : bien que l
st nulle. À un point pa
cine est nulle ; ceci s’a
ine étant sous la forme
ement de divers équilibre
H du milieu, la glycine
us forme d’amphion
és n’existe pratiquement
upement acide COOH
intramoléculaire qui abo
4, la glycine ex
ut être noté AH±; cet A
dans lequel il se compo
ans lequel il se compo
ques de la glycine s’écri
N+—CH2—
-. [II.1]
N—CH2—
. [II.2]
r la glycine sont 2 ,40 e
: bien que la molécule
un point particulier da
; ceci s’appelle le p
us la forme de zwitter
[Titre du docu
ivers équilibres acido-
u, la glycine peut existe
d’amphionAH±, ou sous
pratiquement pas sous s
cide COOH et de grou
ulaire qui aboutit à la for
la glycine existe donc
; cet Amphion ap
l il se comporte comme
il se comporte comme
lycine s’écrivent.
—COO- + H
—COO- + H
,40 et 9,80, res
e la molécule ait les cha
particulier dans cette ré
’appelle le point isoéle
e de zwitterion-OOC
[Titre du document]
-basiques dus a
e peut exister principa
, ou sous forme d’io
nt pas sous sa forme ne
et de groupement ba
boutit à la formation d’u
existe donc majoritaire
Amphion appartient à
porte comme une base
orte comme un acide (
+ H3O+
+ H3O+
et 9,80, respectivemen
le ait les charges positiv
dans cette région de
point isoélectrique (Pi
OOC—CH2—NH
Titre du document]
asiques dus aux
ter principalement
us forme d’ion 2-
s sa forme neutre ;
upement basique
ormation d’un ion
c majoritairement
appartient à deux
e une base (base
e un acide (acide
espectivement .La
harges positives et
région de pH, la
lectrique (Pi). La
NH 3+; le
[Titre du document]
Page 28
P¡= ½ (pKCOOH +PKNH3+)
reste étant sous la forme -OOC --CH2 –NH2 et HOOC—CH2—NH3+ ont des concentrations
égales. Nous pouvons calculer P¡ en utilisant l’équation de Henderson-Hasselbach.
Ou : pH=P¡
P1 = PK2,,' + log (/ ,,22'7'+-)
(',,22'7'+- )
[II.3]
et
P1=PK7'8- + log (/,,22'7')(/,,22'7'+
-) [II.4]
D’où:
2P1 = PK2,,' + PK7'+- + log (/,,22'7')
(',,22'7'+-)
[II.5]
Au point isoélectrique : (-OOC—CH2—NH2) = (HOOC—CH2—NH3+)
D’où : 2P¡ = pKCOOH + pKNH3+ [II.6]
On remarque dans ce cas que le point isoélectrique est simplement la moyenne des deux pKa.
II.III.4. Courbe de Titration :
La courbe de Titration de la glycine nous indique les volumes de la base exigés pour situer les
trois états que peut prendre la molécule glycine (Pk1, Pk2 et le P¡).
II.III.5. D
On peut fac
d’un acide
suivante.
Si on utilis
III.5. Diagramm
On peut facilement rep
d’un acide aminé en fo
suivante.
Figure
Si on utilise la formule
Figure II
5. Diagrammes de rép
facilement représenter la
e aminé en fonction de
Figure II.6:Diagra
ise la formule (2), on pe
Figure II.5 : Courbe
mmes de répartition
eprésenter la concentrat
fonction de pH. La cour
Diagramme de rép
ule (2), on peut tracer la
Page 29
: Courbe de Titratio
répartition des espèc
la concentration de chaq
. La courbe de répar
ramme de répartition de
peut tracer la charge de c
be de Titration de la glyc
on des espèces :
ation de chaque espèce (
urbe de répartition des e
répartition des espèces d
a charge de chaque acide
[Titre du docu
ion de la glycine.
aque espèce (acide, basiq
artition des espèces de la
es espèces de la gly1cin
chaque acide aminé en
[Titre du document]
(acide, basique, ou neu
espèces de la glycine es
gly1cine.
ide aminé en fonction du
Titre du document]
sique, ou neutre)
la glycine est la
n fonction du pH.
[Titre du document]
Page 30
Figure II.7 : Variation de la charge globale de la glycine en fonction du pH.
[Titre du document]
Page 31
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[Titre du document]
Page 32
CHAPITRE III :
III.I. Introduction
La mesure de la conductivité est une méthode extrêmement répandue et utile.
Conductivité des Conductivité des Conductivité des Conductivité des solutions chargéessolutions chargéessolutions chargéessolutions chargées
[Titre du document]
Page 33
De par sa grande fiabilité, sa sensibilité et son faible coût, la conductivité est une technique
potentielle largement utilisée dans l’étude des solutions chargées. La conductivité peut être
mesurée sur un intervalle très large, puisqu’il s’étend de 1x10-7 S/cm pour la conductivité de
l’eau pure jusqu’à 1 S/cm pour des solutions très concentrées.
D’une manière générale, on peut dire que la conductivité constitue un moyen rapide et peu
coûteux de déterminer la force ionique d’une solution. Remarquons que c’est une méthode non
spécifique, c’est-à-dire qu’elle n’est pas capable de distinguer les différents types d’ions et ne
peut fournir qu’un résultat proportionnel à tous les ions présents [1].
III.II. La conductivité électrique :
III.II.1. Définition [2]:
La conductivité électrique est la capacité d'un matériau à transporter un courant électrique.
Le transport de l'électricité à travers la matière nécessite toujours la présence de particules
chargées. Les conducteurs peuvent être classés en deux grands groupes selon la nature de la
particule chargée. Les conducteurs du premier groupe se composent d'un réseau d'atomes autour
duquel orbitent des électrons. Les électrons dans ce « nuage d'électrons » peuvent se dissocier
librement de leur atome et transporter l'électricité à travers ce réseau et ainsi également à travers
le matériau. Les métaux, le graphite et quelques autres composés chimiques appartiennent à ce
groupe.
Les conducteurs du second groupe sont dits conducteurs ioniques. Contrairement aux
conducteurs du premier groupe, la circulation du courant n'est pas causée par des électrons se
déplaçant librement, mais par des ions. Ainsi, le transfert de charge dans les électrolytes est
toujours lié au transport de la matière. Les conducteurs du deuxième groupe se composent d'ions
chargés électriquement et pouvant se déplacer, et sont appelés électrolytes. L'ionisation intervient
par dissolution dans un solvant polaire (comme l'eau) ou par fusion.
Selon la loi d'Ohm (1), la tension (V) établie à travers une solution est proportionnelle au courant
circulant (I) :
: = ; ∗ [III.1]
; : résistance (ohm, Ω)
: : tension (volt, V),
: courant (ampère, A)
[Titre du document]
Page 34
La résistance ; est une constante de proportionnalité, qui peut être calculée d'après le courant
circulant mesuré si une tension connue est appliquée :
; = => [III.2]
La conductance ? est définie comme l'inverse de la résistance :
? = @ (III.3)
? : conductance (Siemens, S)
Pour mesurer la résistance ou la conductance d'un échantillon, une cellule dite de mesure est
nécessaire. La cellule de mesure est constituée d'au moins deux pôles de charge opposée. Le
terme « électrode » s'emploie comme synonyme de pôle et les pôles forment ensemble une
cellule de mesure. La cellule et le corps isolant qui maintient l'ensemble s'appellent le capteur.
La mesure dépend de la géométrie de la cellule, qui est décrite par la constante de cellule K.
C'est le rapport de la distance l et de la surface A des pôles :
A = B [III.4]
K = constante de cellule (cm-1)
l = distance entre les électrodes (cm)
A = surface effective de contact des électrodes avec l'électrolyte (cm2)
La conductance peut être transformée en conductivité normalisée, qui est indépendante de la
configuration de la cellule de mesure. Cela s'obtient en multipliant la conductance par la
constante de cellule :
C = ? ∗ B
= ? ∗ A [III.5]
C = conductivité (S /cm)
III.II.2. Conductivité des solutions :
III.II.2.1. Solution conductrice des électrolytes [1]:
La conductivité est typiquement mesurée dans des solutions aqueuses d’électrolytes.
Les électrolyt
ioniques ou d
vont transpor
forts soit faib
la capacité de
a- Ele
Les électrolyt
que la concen
ajouté. Ils com
Les solutions
migrer de man
b- Ele
Les électrolyt
exemple, l’ac
solution d’ac
d’électrolyte
s’explique par
d’une électrod
Figure III.1
III.II.2.2.
a.
Appliquons à
va se mettre e
es électrolytes sont des
oniques ou de composés
ont transporter le coura
orts soit faibles. Les sol
a capacité de stabiliser le
Electrolytes fo
lectrolytes forts son
ue la concentration des
jouté. Ils comprennent l
es solutions d’électroly
igrer de manière très in
Electrolytes fa
es électrolytes faibles s
xemple, l’acide acétiqu
olution d’acide acétiqu
’électrolyte faible ne v
’explique par le fait qu’i
’une électrode à l’autre.
ure III.1 : Conductiv
II.2.2. Expressio
La mobilité
Appliquons à une particu
va se mettre en mouveme
ytes sont des substances
de composés qui s'ionis
orter le courant électriqu
ibles. Les solutions les p
e stabiliser les ions form
lectrolytes forts
ytes forts sont des subst
entration des ions en so
omprennent les solides io
ns d’électrolytes forts s
anière très indépendante
lectrolytes faibles
ytes faibles sont des sub
acide acétique se dissoc
cide acétique va donc
faible ne va pas aus
ar le fait qu’il y a moins
ode à l’autre.
: Conductivités d’un él
Expression de la
La mobilité d’un ion
particule de charge
en mouvement avec une
es substances qui contie
és qui s'ionisent en solu
rant électrique. Les é
olutions les plus conduc
les ions formés par un p
ont des substances qui s
es ions en solution est p
t les solides ioniques et l
lytes forts sont conduc
indépendante sous l’infl
sont des substances qui
ue se dissocie partielle
ue va donc contenir à
va pas aussi bien co
’il y a moins d’ions pré
tivités d’un électrolyte CH
sion de la conductivité
é d’un ion
ule de charge q se trouva
ent avec une vitesse paral
Page 35
es qui contiennent des
isent en solution. Ce so
ique. Les électrolytes, a
s plus conductrices sont
rmés par un procédé app
stances qui sont entièrem
solution est proportionn
ioniques et les acides fo
sont conductrices, car
te sous l’influence d’un
es qui ne sont pa
ocie partiellement en io
c contenir à la fois la
ussi bien conduire l’él
ns d’ions présents dans
électrolyte fort (KCl) etCH3-COOH).
conductivité d’une sol
se trouvant entre deu
vitesse parallèle au vecte
tiennent des ions, c’est
lution. Ce sont les ions
lectrolytes, acides, base
uctrices sont les solution
procédé appelé solvatat
sont entièrement ionisé
t proportionnelle à la co
t les acides forts, par exe
car les ions p
fluence d’un champ élec
ui ne sont pas entièreme
lement en ions acétate
à la fois la molécule
conduire l’électricité qu
résents dans la solution p
fort (KCl) et d’un électrCOOH).
ité d’une solution aqu
ant entre deux électrodes,
llèle au vecteur champ.
[Titre du docu
s ions, c’est-à-dire des s
sont les ions formés dan
acides, bases et sels, p
t les solutions aqueuses
pelé solvatation.
ement ionisées en soluti
nelle à la concentration
s, par exemple HCl.
ar les ions positifs et n
n champ électrique.
as entièrement ionisées
ions acétate et en ions
la molécule et les ion
électricité qu’un électr
s la solution pour transp
et d’un électrolyte faible
solution aqueuse élect
x électrodes, un champ é
eur champ.
[Titre du document]
dire des solutions de
s formés dans la solutio
ses et sels, peuvent être
ons aqueuses puisque l’
sées en solution. Il en ré
concentration de l’électr
xemple HCl.
positifs et négatifs peu
ent ionisées en solution
e et en ions hydrogène.
le et les ions. Une sol
qu’un électrolyte fort.
n pour transporter les ch
trolyte faible (acide acét
queuse électrolytique:
s, un champ électrique. L
Titre du document]
s solutions de sels
ans la solution qui
, peuvent être soit
es puisque l’eau a
ution. Il en résulte
on de l’électrolyte
négatifs peuvent
es en solution. Par
s hydrogène. Une
ons. Une solution
trolyte fort. Ceci
sporter les charges
le (acide acétique
ectrolytique:
électrique. L’ion
[Titre du document]
Page 36
- Le mouvement de l’ion se décompose en deux temps :
Un régime transitoire durant lequel la vitesse croit ;
Un régime permanant où la vitesse est constante sous l’effet opposé du champ et des
frottements visqueux : v = q |E| / A [III.6]
où A désigne le coefficient de frottement du fluide.
La mobilité d’un ion, notée µ est la grandeur toujours positive :
µ = |q|/ A [III.7]
On a donc pour un cation v = µ + E [III.8]
et pour un anion v = µ - E [III.9]
- La mobilité d’un ion dépend de plusieurs facteurs :
La charge q de l’ion : plus l’ion est chargé, plus il se déplace rapidement ;
La viscosité du solvant ;
La taille de l’ion : plus il est volumineux, moins sil se déplace vite ;
La température dont dépend la viscosité du solvant : elle croit quand T croit ;
La concentration ionique du milieu : elle ralentit la progression de l’ion.
b. La conductivité d’une solution aqueuse
χ =∑ χi = ∑ zi ciµiF [III.10]
zi : est le nombre de charge positive ou négative portée par l’ion i.
ci : est la concentration de l’ion i.
µi : est sa mobilité.
F : est le Faraday.
Dans le cas d’un mono électrolyte en solution dilué, la conductivité spécifique χ (relié à l’inductance
de la solution G par la relation G = 1/R = χ/k)
Est égale à la somme des conductivités spécifiques χi de toutes les espèces ioniques présents en
solution ; pour un litre de solution on a :
1000F = ∑ HIJI [III.11]
JI : la conductivité molaire de l’espèce i.
[Titre du document]
Page 37
Pour un poly électrolyte en solution diluée, la relation devient :
1000F = KLMJ + JNO [III.12]
J et JN sont les conductivités molaires du contre-ion et du polyion exprimés en PℎR. HR. RP
KL : est la concentration du polymère exprimée en moles d’unités monomère par litre.
On suppose que toute charge donnée par le polymère contribue à la conductivité de la solution.
Il est à préciser que la conductivité d’un polyélectrolyte dépend aussi de la température.
L’équation suivante a été employée pendant plusieurs années [3-4] pour décrire la conductivité des
solutions de polyélectrolytes en absence de sel :
Λ = f ( λp + λc) [III.13]
Λ : conductivité équivalente du poly électrolyte en solution.
λc : conductivité équivalente du contre-ion dans la solution.
λp : conductivité équivalente du polyion.
f = (λp +λc )/ (λp +λc) [III.14]
d’une façon générale ; elle représente la fraction des contre-ions libres (non lié au polyion).
JT: Conductivité équivalente du contre-ion dans le solvant.
f : représente aussi la fraction des contre-ions dérivées du coefficient d’auto-diffusion pour les
contre-ions [5] :
U = VW
VW = 0,866|\I| [III.15]
] : Coefficient d’auto-diffusion des contre-ion dans la solution.
]T : Coefficient d’auto-diffusion des contre-ions dans le solvant.
|\I| : charge du contre-ion.
ξ : Paramètre de densité de charge.
La conductivité d’une solution de polyélectrolyte pur est très inferieure à celle de la solution du sel
monomère correspondant. En augmentant le taux de charge sur le polyion, l’association polyion-
contre-ion sera plus importante, la conductivité λp du polyion augmente [6-7].
[Titre du document]
Page 38
L’étude conductimétrique de l’association polyion-contrion et le comportement de λp est
principalement focalisée par la densité de charge du polyion, la concentration et la masse molaire
du polyélectrolyte.
Des études effectuées sur la relation entre Λ et f indiquent l’existence d’une valeur critique ξcrit
(selon la valence du contre-ion) au-delà de laquelle la condensation est censée se produire. Le fait
que Λ et λp montrent une relation linéaire [6, 8, 9] a permis de déterminer la fraction du contre-ion
non condensé f et la conductivité du polyion λp. Les valeurs expérimentales de f diminuent avec
l’augmentation de ξ, ce qui est en accord avec les prévisions théoriques de la condensation de
Manning.
Comme résultat de la théorie de condensation, une expression explicite est donnée pour λp
favorable à la vérification expérimentale. λp dépend essentiellement du type du contre-ion
impliquée. La preuve expérimentale de cette dépendence a été rapportée pour les sulfonates de
polystyrène [10].
III.II.3.Effet de la concentration
La variation de la concentration avec un certain nombre de proprieties physico-chimiques des
polyélectrolytes, telles que la viscosité, l’association du contre-ion et la conductivité ionique montre
un comportement anormale. Selon la théorie de condensation, λp diminue avec l’augmentation de la
concentration.
Sur un large domaine de concentration, la conductivité de plusieurs polyélectrolytes, tels que les sels
de l’acide polyacrylique, le polystyrène sulfonate et de différents polysaccharides décroît avec
l’augmentation de la concentration [10, 11, 12,13].
A des concentrations inférieures à 10–4
M, où les mesures deviennent moins précises, la conductivité
croît plus rapidement avec la diminution de la concentration [12] atteignant éventuellement un
maximum [11,14], c’est le cas du sulfostyrène.
En augmentant la concentration, les interactions entre les polyions limitent leur mobilité. Par
conséquent, la conductivité atteint un minimum qui est suivi par une augmentation continue de Λ.
III.II.4. Influence de la masse molaire :
Wandrey a montré que la conductivité est fortement influencée par la masse molaire, notamment
dans le domaine dilué [14]. Généralement, la conductivité croît avec la diminution de la masse
molaire et de la concentration. En partant du domaine concentré, la conductivité augmente d’abord
lentement, ensuite rapidement et enfin presque linéairement avant d’atteindre une valeur maximale.
[Titre du document]
Page 39
Références web graphie :
[1]http://igz.ch/downloads/8525/Conductivit%C3%A9Th%C3%A9orie&Pratique.pdf
[2]http://fr.mt.com/dam/LabDiv/guides-glen/ph-conductivity-guide/pH_Conductivity_Guide_fr.pdf
Références bibliographie :
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[4]:T.KurucsevandB.J.Steel,PureApplChem,17,149(1967).
[5]:G.S.Manning,JChemPhys.46,2324(1967).
[6] : WPTJ. Van de Drift, these PHD, Université Utrecht, Pays Bas ( 1975 ). [7] : H.P. Gregor,
D.H. Gold et M. Frederich, J PolymSci, 467 ( 1957 ).
[8] : J.T.G. Overbeek, Pure Appl. Chem. 46, 91 ( 1976 ).
[9]:H.G.deJong,J.LyklemaetH.P.VanLeuwen,Biophysic.Chem,27,173( 1987).
[10]:J.Szymczak,P.HolyketP.Anders.J.Phys.Chem.79,269(1975).
[11]:H.Vink,J.Chem.Soc.Faradaytrans1,77,2439(1981).
[12]:D.O.Jordan,T.KurucsevetML.Martin,TransFaradaySoc.65,606( 1969).
[Titre du document]
Page 40
[13] : S. Miyamoto, BiophysicChem. 9, 79 ( 1979 ).
[14] : C. Wandrey, B. Bunsenges, Phys Chem. 100, 869 ( 1996 ).
[Titre du document]
Page 41
Partie Partie Partie Partie expérimentaleexpérimentaleexpérimentaleexpérimentale
[Titre du document]
Page 42
I- Mesure de la conductivité de l’eau :
Avant d’entamer notre étude concernant notre système ternaire Polymère en
présence de la glycine en solution aqueuse nous commencerons par mesurer
la conductivité de notre eau distillée.
A T = 25°C la conductivité ionique de notre eau est comprise entre 2 et
10µS.
II- Titration de la glycine :
Dans cette manipulation nous avonstitré une solution de glycine de
concentration cg= 80mg/ml à l’aide d’une solution de NaOH en utilisant
un pH-mètre. Les résultats expérimentaux nous permettent de tracer
lacourbe de titration suivante.
-10 0 10 20 30 40 50 60 700
2
4
6
8
10
12
PH
Volume de NaOH (ml)
T=25°C
Figure 2 : Titration de la glycine
III- Mesure de la conductivité de la glycine en solution aqueuse :
Une concentration de Cmère= 80 g/l est préparée dans une fiole de 250 mL.
On mesure la conductivité de cette solution en fonction de la concentration
de la glycine pour divers concentrations en diluant la solution mère.
La courbe obtenue est la suivante :
[Titre du document]
Page 43
0 15 30 45 60 75 90 105
10
15
20
25
30
35
condu
ctiv
ité σ
(µs)
concentration de glycine (mg/ml)
T=25°C
Figure 2 : Conductivité ionique de la solution aqueuse de glycine en fonction de Cp .
La courbe 2.a montre un comportement similaire à celui d’une solution
d’électrolyte simple. Remarquons que cette conductivité reste faible sur
l’intervaldes concentrations considérées carà ce pH la molécule de glycine se
présente comme un amphion qui normalement ne doit pas répondre au
champ électrique entre les deux électrodes du conductimètre. Nous pensons
que ce résidu de conductivité est du à celui de l’eau qui n’est pas totalement
pure et celui d’un nombre restreint de molécules de glycine qui se présente
comme un ion simple. En effet à ce pH de la solution (pH = 6.2), il existe un
nombre décelable de molécule de glycine sous forme ionique (voir figure II :
répartition ionique de la glycine en fonction de pH).
IV- Conductivité du Polyacrylamide co acide acrylique :
Une solution mère de concentration cP = 2 mg / ml est préparée dans une
fiole jaugée de contenance 250 ml. Le Polyacrylamide co acide acrylique
ne présente pas de problème de dissolution mais nécéssite une agitation
d’au moins 24 heures. La conductivité de ctte solution en fonction de la
concentration en polymère menée à l’aide d’un conductimètre muni d’une
[Titre du document]
Page 44
électrode àdeux pôles et sous une température de 25°C, donne la courbe
suivante :
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,40
40
80
120
Co
nd
uct
ivité
(µS
)
Concentration de polyacrylamide anionique (mg/ml)
T = 25 +C
Figure5 : Variation de la conductivité du polyacrylamide anionique en
fonction de (a) de Cp et (b) de la √C` .
Cette courbe montre que la conductivité σp du polymère augmente
linéairement avec la concentration cp . Ce résultat est tout à fait compatible
avec les résultats de la litérature. En effet, le polyacrylamide co acide
acrylique étant un polymère chargé, sa conductivité ne peut qu’augmenter
avec sa concentration suite à une augmentation du nombre de charges quand
la concentration augmente. Remarquons que les conductivités affichées pour
différentes concentrations restent faibles montrant ainsi que notre polymère
est faiblement chargé.
V- Conductivité du Polyacrylamide cationique :
De même pour ce polymère hydrosoluble qui est utilisé comme floculant
dans les traitements des eaux usées, une solution mère de concentration
cP = 2 mg / ml est préparée dans une fiole jaugée de contenance 250 ml. Le
Polyacrylamide cationique ne présente pas de problème de dissolution
mais nécéssite une agitation d’au moins 24 heures. La conductivité de
0,4 0,8 1,2
60
80
100
Co
nd
uct
ivité
éq
uiv
ale
nte
Λ (
µS
,ml/c
m,m
g)
C1/2
T = 25°C
[Titre du document]
Page 45
cette solution en fonction de la concentration en polymère menée à l’aide
d’un conductimètre muni d’une électrode à deux pôles et sous une
température de 25°C, donne la courbe suivante :
Figure5 : Variation de la conductivité du polyacrylamide cationique en
fonction de (a) de Cp et (b) de la √C` .
VI- Conductivité du système ternaire Polyacrylamide cationique-eau-glycine pour différent pH :
0 2 4 6 8 10 12 14-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Con
du
ctiv
ité σ
(m
S/c
m)
PH
T = 25 C
Cp = 0,7 mg/mlCg = 1 mg/ml
0,0 0,8 1,6 2,40
600
1200
Co
nd
uct
ivité
(µS
)
Concentration de polyacrylamide cationique (mg/ml))
B
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60
300
600
900
1200
1500
Co
nd
uct
ivité
éq
uiv
ale
nte
Λ (
µS
,ml/c
m,m
g)
C1/2
T = 25°C
[Titre du document]
Page 46
Figure 7 : Variation de la conductivité du mélange ternaire polyacylamide cationique-eau-glycine en fonction du pH.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0
0,00
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
Co
nd
uct
ivité
σ (m
S/c
m)
A
T = 25 C
CP = 0,7 mg/ml
Cg = 3 mg/ml
Figure 7 : Variation de la conductivité du mélange ternaire polyacylamide
cationique-eau-glycine en fonction du pH.
0 2 4 6 8 10 12
0
50
100
150
200
con
du
ctiv
ité (
µs/
cm)
pH
T = 25 °C
Cp = 0,7 mg/mlCg = 8 mg/ml
Figure 7 : Variation de la conductivité du mélange ternaire polyacylamide cationique-eau-glycine en fonction du pH.
[Titre du document]
Page 47
Commentaire : Les trois courbes ci-dessus représentant les variations de la
conductivité du système ternaire polyacrylamide cationique-eau-glycine
montrent à première vue un comportement similaire celui de la glycine seul. En
fait la conductivité du système ternaire est la super position des deux
conductivités, du polymère et celui de la glycine qui présentent tout deux la
même allure quand à la variation de leurs conductivité en fonction du pH.
Remarquons d’autre part qu’un point d’inflexion du coté des pH alcalins
apparait pour des concentrations de plus en plus grandes ; nous pensons que ceci
est dû à ce que la conductivité des ions de la glycine en fonction du pH de la
solution.
Ces trois courbes montrent enfin que la glycine interagit peu avec notre
polymère malgré qu’elle porte des charges ; nous pensons que ceci est dû à la
faible charge portée par notre polyion.
[Titre du document]
Page 48
Références bibliographie :
[1]:G.S.Manning,JChemPhys.46,2324(1967).
[2] : WPTJ. Van de Drift, these PHD, Université Utrecht, Pays Bas ( 1975 ).
[3] : J.T.G. Overbeek, Pure Appl. Chem. 46, 91 ( 1976 ).
[4]:H.G.deJong,J.LyklemaetH.P.VanLeuwen,Biophysic.Chem,27,173( 1987).
[5]:J.Szymczak,P.HolyketP.Anders.J.Phys.Chem.79,269(1975).
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[7]:D.O.Jordan,T.KurucsevetML.Martin,TransFaradaySoc.65,606( 1969).
[8] : S. Miyamoto, BiophysicChem. 9, 79 ( 1979 ).
[10] : C. Wandrey, B. Bunsenges, Phys Chem. 100, 869 ( 1996 ).
[11] !M. Rinaudo. — These, Grenoble, 1966.
[12] Katchalsky, Alexandrowicz et Kedem. — Transactions
of the Symposium of Electrolyte Solutions, Toronto,
may 1964, The Electrochemical Society, J. Wiley,
N. Y., 1965.
[13] T. Kurucsev et B. J. Steel. — Rev. Pure and Appl
Chem., 1967, 17, 149.
[14] F. Helfferich. — Ion exchange, chap. 5, Me Graw Hill,
N. Y. 1962.
[Titre du document]
Page 49
Notre présente étude concernant l’interaction d’un zwitterion avec polyélectrolyte dans une
solution aqueuse nous a permis de se familiarisé avec une technique de caractérisation simple
qui donne une idée sur les interactions électrostatiques se manifestant entre divers espèces
chargées. Notre curiosité s’est portée sur l’influence du pH du milieu environnant de la
glycine qui se présente sous trois espèces ioniques : cations, anions et amphion. Nos résultats
montrent en effet que l’interaction de la glycine avec le polyion acrylamide est influencé par
le pH de la solution. Ce « tunning » du pH pourrait être utile dans la modulation des
propriétés des solutions chargées pour divers application industrielles.
Néanmoins, nos résultats expérimentaux montrent une faible interaction entre de la glycine
avec notre polyélectrolyte choisis ( le polyacrylamide cationique utilisé comme floculant dans
le traitement des eau usées ).
Nous projetons dans un future proche de mener le même travail avec un polymère fortement
chargé tout en utilisant d’autres technique de caractérisations telles que les mesures
viscosimétriques, la mesure du potentiel zéta.
[Titre du document]
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Résumé: Des mesures de conductivité ionique d'une solution constituée de glycine / eau /
polyacrylamide chargée / sont menées étudiante en fonction du pH de la solution. Les
résultats obtenus montrent que la conductivité de la solution dépend du sensiblement du pH,
dévoilant ainsi les différentes attitudes ioniques adoptées par la molécule de glycine, en
fonction du pH de la solution.
ط7Cب اC=GPدا N / O;PوM7 أKر53=3د =I>و?< / اC3=7ه / 6Gرى C4C3Dت ا7=وA;3< ا@3و?3< =ن =>;ول ا343567ن ص
وأظZرت اXYCG?7 أن ا7=وA;3< =ن ا7>ل GW3=د O;P در6< ا7>=وKIN >Sل 3NKر، وIKف Pن . در6< ا7>=وS< =ن ا7>ل
.ا7>=وS< =ن ا7>لا343567ن ا@3و?3<، اC=GPدا O;P در6< =واDف =`G;_< 6زيء
Summary: Measurements of the ionic conductivity of a solution constituted of glycine / water
/ polyacrylamide charged are studied as a function of the pH of the solution. The results
obtained show that the conductivity of the solution depends on the direction of the pH thus
revealing the different ionic attitudes adopted by the molecule of glycine as a function of the
pH of the solution.
