Transcript Solubilité et formation de solutions.
CHIMIE GENERALE
Patrick Sharrock Département de chimie IUT Castres
PROGRAMME Solubilité et formation de solutions.
Réactions de précipitation, produits de solubilité Formation de complexes, constantes d’équilibre Adsorption, isothermes de Langmuir
Solubilité et formation de solutions.
Définition d’une solution Une solution est un mélange physique homogène d’un soluté et d’un solvant.
Une solution est une matière homogène qui contient plus d’une substance
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Les mélanges Hétérogènes (zones de compositions différentes): plusieurs phases (huile-eau ; sable-eau ; terre-herbe) Homogènes (composition uniforme en tout point): une seule phase (eau de mer ; essence ; air ; alliages)
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Suspensions
Les suspensions peuvent être des mélanges homogènes avec des particules de 1 m m ou plus, visibles a l’œil nu.
Le sang, un aerosol, la vase sont des suspensions.
Les suspensions sont opaques à la lumière se séparent lentement (sédimentent) et peuvent être filtrées.
Les suspensions sont donc hétérogènes
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Colloides
Les colloides sont des mélanges contenant des aggrégats de molécules (2 à 1000 nanomètres) qui sont homogènes a l’oeil nu comme le lait, le brouillard.
Les colloides sont opalescents (diffusent la lumière).
Les colloides ne sédimentent pas et leurs particules ne peuvent être séparées par filtration.
On parle de suspensions colloidales. Les émulsions (mayonnaise) sont aussi hétérogènes.
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Solutions
Les solutions sont des mélanges de molécules (dimensions de 0,1 a 2 nanomètres) Même si elles sont colorées les solutions sont transparentes.
Les molécules ne se séparent pas par sédimentation ou filtration et forment un mélange homogène.
Les molécules d’eau et d’éthanol sont parfaitement miscibles:
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Composition d’une solution
Le solvant: Composant principal déterminant pour les propriétés physiques Le soluté: Composant mineur de la solution
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Composition d’une solution
Dans le cas eau + éthanol, le soluté peut être l’eau ou l’éthanol, le solvant l’éthanol ou l’eau.
Dans le cas du sucre, quand les molécules ne peuvent plus être solvates par l’eau, la solution est dite saturée.
On a alors deux phases: un solide et une solution.
La solubilité du sucre dans l’eau est de 1,8kg/l
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Solubilité
La solubilité, notée "
s
" s'exprime en
g/L
ou en
mole/L
.
Par convention, un composé est dit soluble si
s
> 0,1
mole/L
.
Un composé est peu soluble si
s
< 0,1
mole/L
.
Et insoluble si
s
< 10
-3 mole/L
.
Le verre a une solubilité négligeable dans l’eau.
Les chimistes utilisent des béchers en verre
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Les types de solutions
Les trois états de la matière, solide, liquide et gaz, donnent en théorie neuf combinaisons de mélanges, mais seulement sept types de solutions.
Les gaz ne peuvent pas dissoudre les solides ou les liquides.
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Les types de solutions Soluté
Gaz Gaz Gaz
Liquide (évaporé)
Liquide Liquide Solide
(sublimé)
Solide solide
Solvent
Gaz Liquide Solide Gaz Liquide Solide Gaz Liquide Solide
exemple
Air (O 2 /N 2 ) O 2 /eau H dans Pt Humidité/air
Hexane/essence
Hg/Ag S ou I 2 /air Sucre/eau Alliage (Sn/Pb)
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Les types de solutions
Les contenants et contenus sont différents…..
Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger.
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Les types de solutions
Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger.
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Les types de solutions
Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger.
Les molécules gazeuses sont toutes miscibles
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Les types de solutions
Les métaux forment des solutions solides quand leurs rayons atomiques sont proches à 10% près.
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Solubilité des gaz
La solubilité de l’hydrogène dans le platine augmente avec la température L’hydrogène se dissocie pour former des hydrures
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Solubilité des gaz
Les gaz sont peu solubles dans l’eau, sauf s’ils réagissent (HCl, NH dans l’eau est de 3 ) La solubilité de l’oxygène 1,32mmole/litre
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Solubilité des gaz Mécanisme de dissolution
1 Un peu d’énergie est requise pour faire une poche dans le solvant 2 Un peu d’énergie est libérée par la solvatation du gaz Dans l’eau, 2>1, et O 2 (g) + H 2 O(liq) - O 2 (aq) + D L’oxygène est plus soluble dans l’eau froide Mais les solvants organiques solvatent peu (2<1) et l’oxygène s’y dissout plus à chaud qu’à froid car la dissolution est endothermique.
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La loi de Henry
A température constante, la solubilité d’un gaz dans un liquide dépend de sa pression partielle.
P gaz = KC ou K est la constante de Henry (dépend du gaz, du solvant et T)
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Mécanisme de dissolution des solides
Le sucre possède des liaisons intramoléculaires fortes et des liens intermoléculaires faibles Pour dissoudre le sucre dans l’eau on doit: 1 Séparer les molécules de glucose 2 Faire des cavités dans l’eau pour y placer le sucre 3 Solvater les molécules dissoutes 1 et 2 sont endothermiques, mais 3 est exothermique.
Il faut un certain nombre de molécules d’eau pour « entourer » chaque sucre. La dissolution s’arrête quand toutes les molécules d’eau sont prises.
La solution est dite saturée quand il y a présence de deux phases (s et l).
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Mécanisme de dissolution Sucre + eau +
D
= solution (soluté + solvent) Le résultat global est endothermique, comme la fusion du sucre.
Si on chauffe, on dissout plus (on déplace la réaction vers la droite) Quand on refroidit une solution saturée, on favorise la cristallisation Une solution est temporairement sursaturée en attendant que les molécules de soluté s’agglomèrent (nucléation, puis cristallisation)
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La dissolution de KCl ou KNO 3 est endothermique La dissolution de Na 2 SO 4 est exothermique
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La majorité des sels sont plus solubles dans l’eau chaude Les différences de solubilité permettent de séparer des sels
Si on mélange deux solutions saturées de NaNO3 et de KCl a 10°C, on précipite KNO3.
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Propriétés des solutions aqueuses
solution
H2O distillée Eau potable NH3 0,05 M
CH3-COOH 0,05 M C6H12O6
HCl NaCl
0,05 M
0,05 M 0,05 M conductivité (mS) 20 560 325 236 43 13000 3700
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Les solides ioniques se dissocient dans un solvant polaire