Chapitre 11b : Solubilité et miscibilité d’espèces chimiques⚓︎
▶️ Capsule : Le cours complet
I - Cohésion dans les solides⚓︎
A savoir
1. Les solides ioniques⚓︎
Un solide ionique est constitué de cations et d’anions, régulièrement disposés dans l'espace. Un solide ionique est électriquement neutre.
La cohésion des solides ioniques est assurée par interaction électrostatique entre cations et anions.
L’interaction gravitationnelle existe, mais est négligeable par rapport à l’interaction électrostatique entre les ions chargés.
La répulsion électrostatique entre deux ions de même charge est plus faible que l’attraction électrostatique entre deux ions de charges opposées.
2. Les solides moléculaires⚓︎
Un solide moléculaire est constitué de molécules régulièrement disposées dans l'espace. La cohésion des solides (et des liquides) moléculaires est assurée par deux types d'interactions intermoléculaires
-
les interactions de Van der Waals (pour tous les solides moléculaires) : ce sont des interactions électrostatiques attractives entre molécules polaires ou apolaires.
-
les interactions par pont hydrogène (pour quelques solides seulement) : ce sont des interactions entre molécules de nature électrostatique. Elles se forment lorsqu’un atome d’hydrogène H est lié à un atome A très électronégatif (O, N ou F) par liaison covalente. Cet atome H porte alors une charge positive induite et interagit avec un atome B également très électronégatif et porteur de doublet non liant (très négatif).
Remarque : toute molécule qui possède le groupement OH présente des interactions par pont hydrogène (eau, éthanol)
II - Dissolution d'un solide ionique dans l'eau⚓︎
A savoir
1. Etapes de la dissolution⚓︎
▶️ Capsule : Dissolution d'un solide ionique
Du fait de la différence d’électronégativité des atomes H et O, la molécule d’eau présente un partie chargé positivement et une partie chargée négativement ont dit que la molécule est polaire.
La dissolution d’un solide ionique se déroule en trois étapes :
-
La dissociation : quand le solide ionique est mis dans un solvant polaire comme l’eau, il y a apparition de forces d'attraction électrostatique entre les molécules d’eau et les ions du solide ionique. Ces forces sont plus fortes que celles qui assurent la cohésion du solide ionique, et les ions qui composent le solide, attirés par les molécules d’eau, commencent à se séparer.
-
La solvatation : sous l'effet des forces d'attraction électrostatique, les molécules d’eau entourent les ions dissociés. Elles s’orientent afin de présenter le pôle de signe opposé à la charge de l’ion. On dit que les ions sont solvatés (ou hydratés si le solvant est l'eau).
-
La dispersion : les ions solvatés s’éloignent les uns des autres progressivement dans la solution Sous l'effet de l'agitation thermique.
Un solide ionique ne se dissout pas dans un solvant apolaire puisqu’il n’y a pas d’interaction électrostatique possible.
2. Equation de la dissolution⚓︎
▶️ Capsule : Ecrire un équation de dissolution
L’équation de dissolution d’un solide ionique s’écrit : \(AB_{(s)}\rightarrow A^{+}_{(aq)} + B^{-}_{(aq)}\).
(aq) signifie « aqueux » on le note en indice de l’ion hydraté pour indiquer qu’il est entouré de molécules d’eau.
Au cours d’une dissolution, il y a conservation de la matière et des charges électriques. Une solution ionique est donc électriquement neutre : la quantité de charges positives est égale à la quantité de charges négatives.
Exemples :
-
Dissolution du chlorure de sodium : \(NaCl_{(s)}\rightarrow Na^{+}_{(aq)} + Cl^{-}_{(aq)}\)
-
Dissolution du chlorure de cobalt : \({CoCl_{2}}_{(s)}\rightarrow Co^{2+}_{(aq)} + 2 Cl^{-}_{(aq)}\)
3. Concentration des ions en solution⚓︎
▶️ Capsule : Calculer la concentration des ions
La concentration en soluté apporté est notée \(C_{soluté} = \frac {n_{soluté}}{V_{solution}}\) .
La concentration d’un ion de formule X en solution est notée \([X] = \frac{n_{X}}{V_{solution}}\).
Les concentrations des ions en solution peuvent être différentes de celle du soluté : en effet, il faut tenir compte des coefficients stœchiométriques intervenant dans l’équation de dissolution
La concentration d’un ion [X] est égale à la concentration en soluté \(C_{soluté}\) multipliée par le coefficient stœchiométrique de l’ion X dans l’équation de dissolution : \([X] = C_{soluté}\times{coefficient}\).
III - Miscibilité et solubilité d'une espèce chimique⚓︎
A savoir
1. Miscibilité d'espèces chimiques.⚓︎
Deux liquides sont miscibles s'ils forment un mélange homogène. Deux liquides sont non miscibles s'ils forment un mélange hétérogène.
2. Prévisions de solubilité⚓︎
▶️ Capsule : Quel solvant choisir ?
Un solide n’est soluble dans un solvant que si ses entités (ions ou molécules) peuvent s’entourer de molécules de solvant. Il doit donc exister des interactions entre les molécules du solvant et les entités du soluté.
Un soluté est d’autant plus soluble dans un solvant que sa structure est proche de celle du solvant :
-
Un solide ionique est davantage soluble dans un solvant polaire.
-
Les solides moléculaires polaires sont davantage solubles dans les solvants polaires.
-
Les solides moléculaires apolaires sont davantage solubles dans les solvants apolaires.
3. Extraction liquide-liquide⚓︎
▶️ Capsule : Extraction liquide-liquide
▶️ Capsule : Séparation de \(I_2\) et \(CuSO_4\)
Une extraction liquide-liquide consiste à faire passer une espèce chimique d’une phase de départ liquide vers un solvant extracteur, liquide également et non miscible avec la phase de départ.
Le choix du solvant extracteur doit répondre à deux critères :
-
l’espèce à extraire doit être plus soluble dans le solvant extracteur que dans la phase de départ.
-
le solvant extracteur et la phase de départ ne doivent pas être miscibles.
L’extraction est réalisée dans une ampoule à décanter : les deux phases sont disposées l’une sur l’autre en fonction de leur densité. L’ampoule à décanter permet de séparer les deux phases facilement après extraction
