Notions de solubilité
Introduction
Découvrez les principes de dissolution des substances
Définition de la solubilité
Qu'est-ce que la solubilité ?
La solubilité est la capacité d'une substance (soluté) à se dissoudre dans un solvant pour former une solution homogène.
Elle s'exprime généralement en grammes de soluté par litre de solvant (g/L) ou en moles par litre (mol/L).
Solvant et soluté
Composition d'une solution
Le solvant est le composant présent en plus grande quantité dans une solution.
Il est responsable de la dissolution du soluté.
Exemples : eau, éthanol, acétone, cyclohexane.
Le soluté est le composant présent en plus petite quantité dans une solution.
Il est dissous par le solvant.
Exemples : sel, sucre, colorant alimentaire.
Règle de solubilité
"Similia similibus solvuntur"
La règle de solubilité "Similia similibus solvuntur" signifie que les substances de même nature chimique se dissolvent mutuellement.
Les composés polaires se dissolvent dans les solvants polaires.
Les composés apolaires se dissolvent dans les solvants apolaires.
- Sel (NaCl) se dissout dans l'eau (polaire) mais pas dans l'huile (apolaire)
- Colorant alimentaire se dissout dans l'eau mais pas dans le cyclohexane
- Beurre se dissout dans les solvants apolaires comme l'essence
Facteurs influençant la solubilité
Paramètres affectant la solubilité
En général, la solubilité des solides dans les liquides augmente avec la température.
La solubilité des gaz dans les liquides diminue avec la température.
La pression a peu d'effet sur la solubilité des solides et des liquides.
La solubilité des gaz dans les liquides augmente avec la pression.
La polarité, la taille des molécules, et les forces intermoléculaires influencent la solubilité.
Les liaisons hydrogène affectent la solubilité des composés polaires.
Types de solubilité
Classification des solubilités
- Très soluble : > 100 g/L
- Soluble : 1-100 g/L
- Peu soluble : 0.1-1 g/L
- Insoluble : < 0.1 g/L
- Solubilité croissante avec la température (cas général)
- Solubilité décroissante avec la température
- Solubilité presque constante
Solubilité des composés organiques
Influence de la structure
Les composés organiques avec des groupes fonctionnels polaires (OH, COOH, NH₂) sont plus solubles dans l'eau.
Les hydrocarbures purs (sans groupes polaires) sont généralement apolaires et insolubles dans l'eau.
Les alcools courts (méthanol, éthanol) sont miscibles avec l'eau.
Les alcools plus longs deviennent de moins en moins solubles dans l'eau.
Plus la chaîne carbonée est longue, plus la solubilité dans l'eau diminue.
Solubilité des sels
Règles de solubilité des sels
- Tous les sels de sodium (Na⁺), potassium (K⁺) et ammonium (NH₄⁺)
- Tous les nitrates (NO₃⁻)
- La plupart des chlorures (Cl⁻), sauf AgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂
- La plupart des sulfates (SO₄²⁻), sauf BaSO₄, PbSO₄, CaSO₄
- La plupart des carbonates (CO₃²⁻), sauf ceux des alcalins
- La plupart des phosphates (PO₄³⁻), sauf ceux des alcalins
- La plupart des sulfures (S²⁻), sauf ceux des alcalins et alcalino-terreux
- La plupart des hydroxydes (OH⁻), sauf ceux des alcalins
Applications pratiques
Utilisations quotidiennes
- Dissolution du sel et du sucre dans l'eau
- Extraction des arômes avec des solvants appropriés
- Marinades qui utilisent la solubilité des acides
- Extraction de composés actifs dans les industries pharmaceutiques
- Nettoyage de surfaces avec des solvants adaptés
- Recyclage de matériaux selon leur solubilité
Étude de cas - Extraction
Extraction par solvant
L'extraction par solvant permet de séparer un composé d'un mélange en utilisant la différence de solubilité dans deux solvants immiscibles.
Par exemple, extraire la caféine du café avec un solvant approprié.
2 Agiter pour favoriser le transfert du soluté
3 Laisser séparer les phases
4 Séparer les phases avec une ampoule à décanter
5 Récupérer le soluté dans la phase appropriée
Mesure de la solubilité
Méthodes expérimentales
- Ajouter progressivement le soluté au solvant
- Agiter jusqu'à dissolution complète
- Continuer jusqu'à apparition de précipité
- La solubilité correspond à la quantité dissoute à saturation
La solubilité s'exprime en :
- g/L : masse de soluté dissous par litre de solution
- mol/L : quantité de matière de soluté dissous par litre de solution
- % massique : pourcentage de soluté dans la solution saturée
Exercice d'application
Problème complet
On dissout 36g de chlorure de sodium (NaCl) dans 100g d'eau à 20°C.
La solubilité du NaCl dans l'eau à 20°C est de 360g/L.
1. Calculer la concentration massique de la solution obtenue.
2. La solution est-elle saturée, insaturée ou sursaturée ?
3. Quelle masse maximale de NaCl peut-on dissoudre dans 100g d'eau à 20°C ?
Solution de l'exercice
Correction détaillée
Concentration massique = masse de soluté / volume de solution
On suppose que 100g d'eau ≈ 100mL = 0.1L
C = 36g / 0.1L = 360 g/L
La solubilité du NaCl dans l'eau à 20°C est de 360g/L.
La concentration de la solution est de 360g/L.
Donc la solution est saturée (concentration = solubilité).
La solubilité est de 360g/L.
100g d'eau ≈ 0.1L.
Donc la masse maximale dissoute est : 360g/L × 0.1L = 36g.
Résumé
Points clés
- Solubilité : capacité d'une substance à se dissoudre dans un solvant
- Solvant : composant en excès dans une solution
- Soluté : composant dissous dans la solution
- "Similia similibus solvuntur" : substances de même nature se dissolvent mutuellement
- Composés polaires dans solvants polaires
- Composés apolaires dans solvants apolaires
- Température (effet différent selon le type de composé)
- Pression (important surtout pour les gaz)
- Nature des composés (polarité, structure)
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences