La solubilité d'une espèce chimique dans un solvant - Maxicours

La solubilité d'une espèce chimique dans un solvant

Objectifs
  • Expliquer ou prévoir la solubilité d’une espèce chimique dans un solvant par l’analyse des interactions entre les entités.
  • Comparer la solubilité d’une espèce solide dans différents solvants.
Points clés
  • Un solvant est polaire si la molécule qui le compose est polaire et il est apolaire si la molécule qui le compose est apolaire.
  • Un solvant polaire est un bon solvant pour les solides ioniques et les solides moléculaires polaires.
  • Un solvant apolaire est un bon solvant pour les solides moléculaires apolaires.
  • La solubilité est la concentration (en quantité de matière ou massique) maximale d’une entité chimique dans un solvant.
Pour bien comprendre
  • La molécule polaire
  • Le solvant
  • La dissolution d’un solide dans un solvant
  • La concentration en quantité de matière et massique
1. Les solvants polaires et apolaires
Un solvant est un liquide dans lequel on peut dissoudre des espèces chimiques que l’on appelle solutés.
Exemples de solvants
L’eau H2O, le cyclohexane C6H12, l’éthanol C2H6O.

On distingue deux types de solvants : les solvants polaires et les solvants apolaires.

a. Les solvants polaires
Un solvant est polaire si la molécule qui le compose est une molécule polaire.

Une molécule est polaire si elle respecte les deux conditions suivantes :

  • elle possède des liaisons polarisées ;
  • les positions moyennes des charges partielles positives et négatives ne sont pas confondues.
Exemple - la molécule d'eau
L’eau est un solvant polaire car sa molécule vérifie les deux conditions précitées.

Liaisons polarisées de la molécule d’eau et position des moyennes G+ et G- des charges partielles positives et négatives
b. Les solvants apolaires
Un solvant est apolaire si la molécule qui le compose est une molécule apolaire.

Une molécule est apolaire si elle ne respecte pas une des deux conditions précitées.

Exemple
Tous les solvants dont les molécules sont uniquement composées d’atomes de carbone et d’hydrogène sont apolaires.

La faible différence d’électronégativité entre ces atomes ((H) = 2,20 et (C) = 2,55) fait que les liaisons sont faiblement polarisées et qu’il n’apparait pas de charges électriques partielles sur les atomes liés.
2. La solubilité d'une espèce chimique
a. Qu'est-ce que la solubilité ?
La solubilité d’une espèce chimique dans un solvant correspond à la concentration maximale de cette espèce chimique dans le solvant considéré. Elle s’exprime en mole par litre (mol·L−1).

La solubilité dépend de la nature du solvant (polaire ou apolaire), de celle du soluté (polaire ou apolaire) et de la température : la solubilité augmente lorsque la température du solvant augmente.

Exemples
Le tableau ci-dessous montre l’augmentation de la valeur de la solubilité lorsqu’on augmente la température du solvant.
Espèce chimique Solvant Température Solubilité
Chlorure de sodium eau 20 °C 330 g·L−1
Chlorure de sodium eau 40 °C 400 g·L−1
Diiode eau 25 °C 0,33 g·L−1
Diiode cyclohexane 25 °C 2,7 g·L−1
Remarque
La solubilité peut aussi s’exprimer en gramme par litre (g·L−1). Il s’agit alors d’une concentration massique.
b. Quel solvant utiliser ?

Un soluté est soluble dans un solvant qui possède la même polarité. Les molécules du solvant et du soluté sont alors sensibles aux mêmes types d’interactions.

Le solvant polaire

Un solvant polaire permet de dissoudre facilement :

  • les solides ioniques ;
  • les solides moléculaires polaires.

Les molécules du solvant polaire sont attirées par les ions ou par les molécules polaires du soluté. Un soluté polaire ou ionique est donc plus soluble dans un solvant polaire qu’apolaire.

Exemples
  • L’eau (solvant polaire) est un très bon solvant pour le chlorure de sodium, qui est composé d’ions sodium Na+ et chlorure Cl.
  • L’eau (solvant polaire) est un très bon solvant pour l’éthanol, qui est composé de molécules polaires.
Le solvant apolaire

Un solvant apolaire permet de dissoudre facilement les solides moléculaires apolaires.

Les molécules du solvant apolaire sont attirées par les molécules apolaires du soluté. Un soluté apolaire est donc plus soluble dans un solvant apolaire que polaire.

Exemple
Le diiode I2 est une molécule apolaire. Cette espèce chimique est plus soluble dans le cyclohexane (2,7 g·L−1) que dans l’eau (0,33 g·L−1).
c. Calculer la solubilité d'une espèce chimique

La relation entre la concentration en quantité de matière  et la concentration massique  est la suivante.

 =  × 

avec :
  •  la concentration en quantité de matière du soluté, en mole par litre (mol·L−1) ;
  •  la concentration massique en soluté, en gramme par litre (g·L−1) ;
  •  la masse molaire du soluté, en gramme par mole (g·mol−1).
Exemple
La solubilité du chlorure de sodium à 20 °C est égale à 359 g·L−1.
On calcule la concentration molaire équivalente, sachant que la masse molaire du chlorure de sodium est égale à 58,5 g·mol−1.
 mol·L−1

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