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Dissolution et solubilité d'un gaz dans un liquide

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Objectifs
  • Comprendre ce qu'est la dissolution d'un gaz dans un liquide.
  • Comprendre ce qu'est la solubilité d'un gaz dans un liquide.

Niveau préconisé : 3e

Points clés
  • La dissolution d’un gaz dans un liquide est une réaction qui consiste à dissocier ce gaz (soluté) dans un liquide (solvant) de manière à obtenir une solution homogène.
  • La solubilité d’un gaz dans un solvant est une donnée qui permet de dire quelle quantité de gaz peut être dissoute dans une quantité donnée de solvant, avant qu’il n’y ait saturation (le soluté devient visible).
  • Un gaz peut être dissous dans un liquide si le gaz est comprimé.
  • À l’état naturel, un gaz n’est pas en mesure de se mélanger correctement au liquide et de le rester car sa pression n'est pas suffisante et les liaisons entre les molécules du liquide et celles du gaz ne sont pas assez fortes.
  • Une bouteille doit rester hermétique (fermée à l'air) pour que le gaz reste comprimé et dissous dans la boisson. À l’ouverture du bouchon, le gaz va se décomprimer et s’échapper de la bouteille.
Pour bien comprendre
  • La dissolution
  • La solubilité
1. La dissolution d'un gaz dans un liquide
a. Qu'est-ce qu'une dissolution ?

On peut dire qu'un composé se dissout dans un liquide si ce composé n'est plus observable dans le mélange après agitation : le mélange obtenu est donc homogène.

b. La dissolution d'un gaz dans un liquide

L’Homme est aujourd’hui capable de comprimer des gaz dans des liquides.

La fabrication des boissons gazeuses (artificielles) est obtenue en injectant par exemple du dioxyde de carbone (gaz carbonique) dans une boisson. L’ensemble est ensuite fermé hermétiquement.

Exemple : Dissolution d'un gaz dans une boisson.
On observe ce qui se passe lorsqu'on ouvre le bouchon d'une bouteille qui contient une boisson pétillante.
Ouverture d'une boisson pétillante
Observations
  • Lorsque la bouteille est fermée
    Le gaz n’est pas visible : on observe seulement un liquide à l'intérieur de la bouteille. Le mélange est homogène.
  • À l'ouverture du bouchon de la bouteille
    On observe l'apparition de bulles de gaz qui s'échappent : ce gaz était auparavant dissous dans la boisson.
Explications
  • Lorsque la bouteille est fermée
    Le gaz se trouve dissous dans la boisson. Il est sous la forme de microbulles pratiquement invisibles à l’œil nu.
    Lorsqu’un gaz est comprimé, l’agitation des molécules est plus importante. Le volume du gaz est plus petit.
  • À l'ouverture du bouchon de la bouteille
    Le gaz initialement dissous (comprimé) va chercher à retrouver son état initial, c’est-à-dire celui qui était le sien avant qu’il ne soit comprimé.
    Le gaz va se décomprimer (se détendre). En se décomprimant, le volume des microbulles va augmenter et l'ensemble du gaz va se déplacer vers l’extérieur de la bouteille de façon à retrouver un état de pression normale (la pression de l'air ambiant est de l'ordre de 1 bar).
2. La solubilité d'un gaz dans un liquide
a. Qu'est-ce que la solubilité d'un gaz ?

La dissolution d’un gaz dans un liquide est une réaction qui consiste à dissocier ce gaz (soluté) dans un liquide (solvant) de manière à obtenir une solution homogène.

La solubilité d’un gaz dans un solvant est une donnée qui permet de dire quelle quantité de gaz peut être dissoute dans une quantité donnée de solvant, avant qu’il n’y ait saturation.
Remarques 
  • Il y a saturation lorsque le soluté ne peut plus se dissoudre dans le solvant. Il devient visible et le mélange n'est plus homogène.
  • La solubilité concerne une espèce chimique solide dans un liquide, mais aussi un gaz dans un liquide (eau gazéifiée par exemple) ou un liquide dans un autre liquide.

Dans le cas d’une espèce gazeuse, la quantité de molécules gazeuses dissoutes dans le liquide dépend de la température et surtout de la pression du gaz.

b. Augmenter la solubilité d'un gaz dans un liquide

Dans les conditions normales, un gaz se dissout facilement dans un liquide. Il ne reste toutefois pas dissous de façon durable car les liaisons entre les molécules du liquide et celles du gaz ne sont pas suffisamment fortes.

Augmenter la pression

Si la pression du gaz injecté dans le liquide est plus importante, le gaz est alors davantage dissous dans ce liquide (il y a plus de matière dissoute).

Diminuer la température

Si la température du liquide est plus basse, il est également possible de dissoudre davantage de gaz.

En effet, si la température diminue, l’activité des molécules du liquide et du gaz est ralentie. Les liaisons chimiques entre les molécules qui constituent le liquide et celles qui constituent le gaz sont plus fortes.

Exemple 
Dans le champagne, il peut y avoir jusqu’à 5 L de dioxyde de carbone comprimés par bouteille de 0,75 L.
Conclusion

Pour éviter que le gaz s'échappe d'une boisson gazeuse (le dioxyde de carbone par exemple), il est nécessaire de garder la boisson gazeuse fermée (pour maintenir la pression), et de la mettre au frais (pour limiter l'activité des molécules de gaz).

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