patrick sharrock département de chimie iut castres chimie generale

Patrick Sharrock

Département de chimie

IUT Castres

CHIMIE GENERALE

PROGRAMME

Solubilité et formation de solutions.

Réactions de précipitation, produits de solubilité

Formation de complexes, constantes d’équilibre

Adsorption, isothermes de Langmuir

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


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)


Suspensions

Les suspensions peuvent être des mélanges homogènes avec des particules de 1m 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


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.


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:


Composition d’une solution

Le solvant: Composant principal déterminant pour les propriétés physiques

Le soluté: Composant mineur de la solution


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


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


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.



Soluté Solvent exemple

Gaz Gaz Air (O2/N2)

Gaz Liquide O2/eau

Gaz Solide H dans PtLiquide (évaporé) Gaz Humidité/air

Liquide Liquide Hexane/essence

Liquide Solide Hg/Ag

Solide (sublimé) Gaz S ou I2/air

Solide Liquide Sucre/eau

solide Solide Alliage (Sn/Pb)



Les contenants et contenus sont différents…..

Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger.




Les molécules gazeuses sont toutes miscibles



Les métaux forment des solutions solides quand leurs rayons atomiques sont proches à 10% près.


Solubilité des gaz

La solubilité de l’hydrogène dans le platine augmente avec la températureL’hydrogène se dissocie pour former des hydrures


Solubilité des gaz

Les gaz sont peu solubles dans l’eau, sauf s’ils réagissent (HCl, NH3)La solubilité de l’oxygène dans l’eau est de 1,32mmole/litre


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 O2 (g) + H2O(liq) -- O2 (aq) +

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.


La loi de Henry

A température constante, la solubilité d’un gaz dans un liquide dépend de sa pression partielle.

Pgaz = KC ou K est la constante de Henry (dépend du gaz, du solvant et T)


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).


Mécanisme de dissolution

Sucre + eau + = 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)


La dissolution de KCl ou KNO3 est endothermique

La dissolution de Na2SO4 est exothermique


La majorité des sels sont plus solubles dans l’eau chaude

Les différences de solubilité permettent de séparer des selsSi on mélange deux solutions saturées de NaNO3 et de KCl a 10°C, on précipite KNO3.


Propriétés des solutions aqueuses

solution conductivité (mS)

H2O distillée 20

Eau potable 560

NH3 0,05 M 325CH3-COOH 0,05 M 236

C6H12O6 0,05 M 43

HCl 0,05 M 13000

NaCl 0,05 M 3700


Les solides ioniques se dissocient dans un solvant polaire

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