Chapitre 11 − Interpréter les propriétés d’une espèce chimique

1. Cohésion d’un solide

Les solides peuvent être ioniques, covalents, métalliques, ou moléculaires.

a) solide ionique

Un solide ionique est un arrangement périodique de cations et d’anions. La formule du solide ionique rend compte de la proportion de chaque ion (NaCℓ, FeCℓ3…) . La cohésion du solide est assurée par des interactions électrostatiques entre chaque ion. Les charges − et + s’attirent mutuellement. Les interactions électrostatiques sont des liaisons fortes (~100 kJ.mol−1), elles expliquent la température de fusion élevée des solides ioniques.

b) solide moléculaire

des liaisons de Van der Waals attraction de très faible intensité (~1 kJ.mol−1) entre deux entités neutres, ou avec des charges partielles. des liaisons hydrogène (ou pont hydrogène) attraction d’intensité moyenne (~10 kJ.mol−1) entre un atome d’hydrogène liée à un atome très électronégatif (N, O ou F) et un doublet non-liant. elles peuvent être inter− ou intramoléculaire.

2. Solubilité d’une espèce chimique

a) nature du solvant

Un solvant constitué de molécules polaires est un solvant polaire. Un solvant constitué de molécules apolaires est un solvant apolaire.

Exemple :

• L’eau et l’éthanol sont des solvants polaires.
• Le cyclohexane est un solvant apolaire.

b) solubilité d’un soluté dans un solvant

Un soluté est soluble dans un solvant si les interactions entre les entités (molécules, ions) du soluté sont de même type que celles qui s’exercent entre les molécules de solvants. (« Ce qui se ressemble s’assemble »)

• Les solides ioniques sont solubles dans les solvants polaires ; ils sont donc solubles dans l’eau. Cette dissolution s’explique par l’établissement d’interactions électrostatiques entre les ions du solide et les molécules du solvant.
• Les solutés moléculaires polaires sont généralement solubles dans les solvants polaires.
• Inversement, les solutés moléculaires apolaires sont solubles dans les solvants apolaires

3. Dissolution d’un solide ionique

a) étapes

Les trois étapes de la dissolution d’un solide ionique dans un solvant sont :

1. La dissociation des ions du solide : Les molécules de solvant polaires arrachent les ions de la structure cristalline.
2. La solvatation des ions : Les molécules de solvant polaires entourent chaque ion arraché.
3. La dispersion des ions dans le solvant : Sous l’effet de l’agitation thermique, les ions solvatés se répartissent dans l’ensemble du volume de solvant.

b) équation de dissolution

Le solide, noté (s) se dissocie en ions hydratés noté (aq) qui signifie « en solution aqueuse ». Le solide ionique est électriquement neutre, la solution l’est aussi.

Exemples :

• chlorure de sodium : NaCℓ (s)⟶ Na+ (aq) + Cℓ− (aq)
• sulfate d’aluminium : Aℓ2(SO4)3 (s)⟶ 2 Aℓ3+ (aq) + 3 SO42− (aq)

c) concentration des ions en solution

S’il y a dissolution complète du solide, le tableau d’avancement permet de déterminer la concentration de chaque ion en solution, que l’on notera par l’ion entre crochets : [ion]

Exemple : 

Dans un volume V, la concentration apportée en fluorure de calcium (de formule CaF2) est c = 2,0·10−2 mol·L−1.

1. Écrire l’équation de dissolution du composé : CaF2(s)⟶ Ca2+(aq) + 2F−(aq)

2. Déterminer l’expression de la quantité de matière n0 initialement apportée en fluorure de calcium. n0 = c × V

3. Dresser le tableau d’avancement de la réaction avancement CaF2(s) ⟶ Ca2+(aq) + 2F−(aq) 0 n0 = c × V 0 0 x n0 − x x 2x xmax n0 − xmax = 0 xmax = c × V 2·xmax = 2×c × V

4. Déterminer les concentrations en quantité de matière de chaque ion en fonction de c

4. Propriétés des savons

Une espèce est hydrophile si elle est soluble dans l’eau. Une espèce est hydrophobe si elle n’est pas soluble dans l’eau. On dit qu’elle est aussi lipophile. Certaines espèces comme les savons possèdent une partie hydrophile polaire et une partie hydrophobe apolaire : on parle d’espèce amphiphile ou de tensioactif. Cela explique leurs propriétés lavante et moussante.

5. Extraction par solvant

cf. TP

Lors d’une extraction par solvant, une espèce chimique dissoute dans un solvant S₁, passe dans un solvant S₂, appelé solvant extracteur. On choisit le solvant extracteur S₂ pour que :

• l’espèce à extraire y soit plus soluble que dans S₁ ;
• S₂ ne soit pas miscible à S₁ ;
• S₂ présente le moins d’impact sanitaire et environnemental.

Après décantation la phase la plus dense se retrouve en bas.