Facteurs influençant la solubilité | Physique-Chimie Seconde

La solubilité d'une substance est la concentration maximale de cette substance dans une solution saturée à une température et une pression données. Elle indique la quantité maximale de soluté pouvant se dissoudre dans un solvant.

• Concentration massique : g/L ou g/100g de solvant
• Concentration molaire : mol/L
• Pression partielle : pour les gaz dissous (atm, Pa)

Une solution est saturée lorsqu'elle contient la quantité maximale de soluté dissous possible à une température donnée. Si on ajoute davantage de soluté, il ne se dissout plus et reste en excès.

Généralement, la solubilité des solides dans les liquides augmente avec la température. Lorsque la température augmente, les molécules de solvant ont plus d'énergie cinétique, ce qui permet de dissocier plus efficacement les particules de soluté.

• Sel (NaCl) : 35,7 g/L à 0°C → 39,8 g/L à 100°C
• Sucre (saccharose) : 180 g/L à 0°C → 487 g/L à 100°C
• Nitrate de potassium : 13 g/L à 0°C → 246 g/L à 100°C

• Le café se prépare avec de l'eau chaude pour mieux dissoudre le café moulu
• Le sucre se dissout plus facilement dans l'eau chaude que froide
• Les cristaux de sucre se forment dans les sirops refroidis

Le principe "similia similibus solvuntur" signifie que les substances similaires se dissolvent mutuellement. Les substances polaires se dissolvent dans des solvants polaires (comme l'eau), et les substances apolaires dans des solvants apolaires (comme l'huile).

• Solvants polaires : eau, alcool, acétone
• Solvants apolaires : huile, essence, benzène
• Solutés polaires : sel, sucre, acides
• Solutés apolaires : graisses, cires, hydrocarbures

• Le sel ne se dissout pas dans l'huile (polaire vs apolaire)
• L'eau et l'huile ne se mélangent pas
• Le vinaigre (acide acétique) se dissout dans l'eau
• Les colorants liposolubles ne se dissolvent pas dans l'eau

L'agitation favorise le contact entre le soluté et le solvant en améliorant le transport des particules. Elle permet un meilleur mélange et augmente la vitesse de dissolution, mais n'affecte pas la solubilité maximale.

• Renouvelle le solvant autour des particules de soluté
• Diminue la couche de saturation locale autour des particules
• Augmente le taux de transfert de matière
• Empêche la stratification du mélange

• Remuer le sucre dans le café pour l'accélérer
• Agiter un médicament en poudre dans l'eau
• Stirring d'une solution chimique en laboratoire
• Agitation des lessives dans l'eau

Plus les particules de soluté sont petites, plus la surface de contact avec le solvant est grande. Cela augmente la vitesse de dissolution sans modifier la solubilité maximale.

• Sucre en morceaux : dissolution lente
• Sucre en poudre : dissolution rapide
• Sel grossier : dissolution moyenne
• Sel fin : dissolution rapide

• Grindage des médicaments pour une absorption plus rapide
• Préparation fine des pigments pour peintures
• Concassage des minerais pour extraction
• Préparation des catalyseurs en poudre fine

La loi de Henry établit que la solubilité d'un gaz dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz au-dessus du liquide. Plus la pression est élevée, plus la solubilité du gaz est grande.

• Boissons gazeuses : CO₂ dissous sous pression
• Poissons : besoins en O₂ dissous dans l'eau
• Plongée : risque de bulles avec la pression
• Montagne : moins d'O₂ dissous dans l'eau

Contrairement aux solides, la solubilité des gaz dans les liquides diminue avec la température. C'est pourquoi l'eau chaude contient moins d'air dissous que l'eau froide.

• La température affecte principalement la vitesse de dissolution
• La nature chimique détermine la compatibilité
• L'agitation n'affecte pas la solubilité maximale
• La surface de contact influence la vitesse mais pas la solubilité
• La pression n'a d'effet que pour les gaz dissous

Volume de solution = 100 mL = 0,100 L

Masse de sucre dissoute = 50 g

Concentration à 20°C = 50 g / 0,100 L = 500 g/L

Solubilité à 20°C = 200 g/L

Comme 500 g/L > 200 g/L, la solution est saturée à 20°C et 300 g/L de sucre précipitent.

Solubilité à 60°C = 350 g/L

Masse maximale dissolvable = 350 g/L × 0,100 L = 35 g

Comme on avait 50 g de sucre initialement, mais que seulement 35 g peuvent se dissoudre à 60°C, la concentration est de 350 g/L.

À 60°C, la concentration de la solution est de 350 g/L et la solution est saturée.

L'eau est une molécule polaire avec une charge partiellement positive sur l'hydrogène et partiellement négative sur l'oxygène.

Le sel (NaCl) est un composé ionique composé d'ions Na⁺ et Cl⁻.

L'huile est une substance apolare composée de longues chaînes carbonées.

Dans l'eau : les molécules d'eau polaires entourent les ions Na⁺ et Cl⁻, stabilisant les charges et permettant la dissolution.

Dans l'huile : les molécules apolaires ne peuvent pas stabiliser les ions chargés, donc le sel ne se dissout pas.

Le sel se dissout dans l'eau car les deux substances sont polaires et peuvent interagir électrostatiquement, conformément au principe "similia similibus solvuntur".

• Pour les solides : solubilité augmente avec T
• Pour les gaz : solubilité diminue avec T
• Influence la vitesse de dissolution

• Similia similibus solvuntur
• Polaire dissout polaire
• Apolaire dissout apolaire

• Augmente la vitesse de dissolution
• N'affecte pas la solubilité maximale
• Améliore le contact soluté-solvant

• Particules plus fines = surface plus grande
• Augmente la vitesse de dissolution
• N'affecte pas la solubilité maximale

• Selon la loi de Henry
• Solubilité proportionnelle à la pression
• Important pour les boissons gazeuses