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Partie I : PROPRIETES DE LA MATIERE
Ch 11 : Solubilité et miscibilité 1. Cohésion d’un solide
- Dissolution
- Solubilité
- Extraction d’une espèce chimique
- Les molécules amphiphiles
1. Cohésion d’un solide
1.1. Les solides ioniques
Lorsque des ions sont en solution dans de l'eau et que cette dernière s'évapore, les ions positifs vont, grâce à
la force de Coulomb, s'entourer d'ions négatifs et, simultanément, les ions négatifs s’entourent d’ions positifs.
Lorsque toute l'eau s’est évaporée, les ions sont alors agencés de sorte à former un cristal ionique solide dont
la cohésion est directement due à la force électrique attractive qui existe entre charges électriques de signe
opposé.
A noter :
- Un solide ionique est toujours électriquement neutre.
- Un solide ionique est un isolant électrique car les ions qui le composent sont fixes.
- La cohésion d'un solide ionique est assurée par des interactions électriques. Ces forces étant relativement fortes, il est souvent
nécessaire de fortement chauffer pour réussir à faire fondre le cristal ionique (fusion de sel 801°C contre fusion du sucre 186°C).
- La formule statistique d'un composé ionique donne la proportion du cation et de l'anion.
Le cation est toujours écrit en premier dans la formule statistique (ex : FeCl 3 ).
- L'agencement des ions du cristal va dépendre de nombreux paramètres dont la formule statistique du composé ionique.
Exemples :
1.2. Les solides moléculaires
Le nuage électronique est l’ensemble des électrons périphériques des atomes constituant
la molécule. Lorsqu'un nuage électronique n’est pas uniformément réparti, on observe
une polarisation constante ou temporaire de la molécule.
De telles polarisations créent des interactions électrostatiques (loi de Coulomb), le plus
souvent attractives, responsables de liaisons intermoléculaires de faible intensité. Ce
sont les interactions de Van der Waals.
A noter :
- Ces interactions ont une courte portée.
- Elles agissent sur les molécules polaires et apolaires.
- Leur intensité est faible (5 à 100 fois plus faible que la liaison covalente).
1 / 5 Partie III - Chapitre
Exercice 1 :
Comment nomme-t-on un ion positif? Même question pour un ion négatif.
Dans le cristal ionique ci-contre, quel type d'ions (positifs ou négatifs) est le plus représenté?
En déduire la charge électrique totale d'un cristal ionique, quelle que soit sa taille.
Le chlorure de plomb
Formule statistique :
PbCl 2
Ions présents :
1 Pb
2+ et 2 Cl
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ERGEFORMAT
INET
Le chlorure de sodium
Formule statistique :
NaCl
Ions présents :
1 Na
et 1 Cl
Le thiocyanate de potassium
Formule statistique :
KSCN
Ions présents :
1 K
et 1 SCN
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Nuage électronique
Noyau atomique
- Les molécules restent globalement électriquement neutres même si des charges
partielles apparaissent plus ou moins provisoirement dans leur nuage électronique
A retenir:
Si un atome d'hydrogène est fixé à un atome très électronégatif, alors il peut établir une liaison nommée liaison hydrogène avec un
atome très électronégatif possédant au moins un doublet non liant (généralement O, F ou Cl).
A noter :
- Ces interactions sont aussi de type électrostatique.
- Leur intensité est 5 à 10 fois supérieure à celle des liaisons de Van der Waals, mais reste bien inférieure à celle des liaisons
covalentes.
- Lorsqu'on chauffe de la matière, on augmente l'agitation des atomes, des molécules ou des ions qui la composent.
Si l'on chauffe suffisamment, les liaisons intermoléculaires ne suffisent plus à maintenir les molécules en place et ces dernières
se déplacent alors les unes par rapport aux autres : c'est la fusion. Il en va de même pour les ions dans les composés ioniques.
En chauffant trop fort, l'agitation thermique peut devenir suffisante pour détruire les structures moléculaires (pyrolyse).
2. Dissolution
Lorsqu'un introduit un composé solide dans un liquide, il peut se passer
deux choses :
Situation A :
Le composé solide se dissout dans le liquide. Ce composé est alors
appelé soluté et le liquide solvant. L'ensemble formé est appelé solution.
Situation B :
Le composé solide ne se dissout pas dans le liquide malgré l'agitation
intense. Le composé est alors insoluble dans le solvant choisi.
A retenir :
- Un solvant polaire peut dissoudre des espèces chimiques polaires ou ioniques.
- Un solvant apolaire peut dissoudre des espèces chimiques apolaires.
- Lorsqu’un solide peut se dissoudre dans un liquide, on dit qu’il est SOLUBLE dans le liquide.
- Lorsqu’un liquide peut se mélanger intimement avec une liquide d’une autre nature, on dit qu’ils sont MISCIBLES.
2 / 5 Partie III - Chapitre
Exercice 2 :
On considère trois molécules de structure identique (coudée) : H 2
O (eau), H 2
S (sulfure d'hydrogène), H 2
Se (Séléniure
d'hydrogène). On notera au passage que l'oxygène, le soufre et le sélénium font partie de la même famille d'éléments.
Les températures d'ébullition de H 2
S et de H 2
Se sont respectivement de -86°C et de -66°C à pression ambiante.
Quelle est, en degrés celsius, la température d'ébullition de l'eau à pression normale?
Convertir ces températures de changement d'état dans l'unité du système international.
On a représenté ci-dessous trois molécules d'eau en phase liquide ainsi que trois molécules de sulfure d'hydrogène liquides. A
l'aide de ces schémas, proposer une explication à la différence notable de la température d’ébullition de ces deux substances. On
donne : (O) = 3,4 ; (H) = 2,2 ; (S) = 2,6.
+ +
H
H
O
+
+
H
H
O
+
+
H
H
O
2 -
2 -
2 -
H
H
H
H
H
H
S
S
S
2 -
2 -
2 -
+
+
+
+
+
+
Agitation
Situation B
Situation A
bas de la terre. Elle est réputée pour sa salinité extrêmement élevée, qui permet de
flotter facilement, et pour sa boue noire riche en minéraux, utilisée à des fins
cosmétiques et thérapeutiques dans les spas de la région.
D’une surface approximative de 810 km
2
, elle est alimentée par le Jourdain. Alors
que la salinité moyenne de l’eau de mer oscille entre 2 et 4 %, celle de la mer Morte
est d’approximativement 27,5 % (s = 275 g/L).
Aucun poisson ni aucune algue macroscopique ne peuvent subsister dans de telles
conditions, ce qui lui vaut le nom de « mer morte ».
Néanmoins des organismes microscopiques (plancton, bactéries halophiles et
halobacteria, etc.) s'y développent normalement.
4. Extraction d’une espèce
Pour extraire une espèce chimique dissoute dans un solvant, on utilise généralement la technique de l’extraction liquide-liquide.
Cette technique permet de transférer une espèce présente dans un solvant vers un autre solvant non miscible au premier et dans
lequel elle est bien plus soluble.
A retenir :
- Pour une extraction, le solvant extracteur et le solvant de départ ne doivent pas être miscibles.
- L’espèce à extraire doit-être plus soluble dans le solvant extracteur que dans le solvant de départ.
5. Les molécules amphiphiles
5.1. Composés tensioactifs
Un tensioactif est une molécule amphiphile car elle présente,
de part sa structure, deux parties aux propriétés antagonistes :
- une tête polaire hydrophile qui n’a aucune affinité avec
les solvants apolaires et notamment les graisses : elle
est donc lipophobe.
- une longue chaine apolaire lipophile qui n’a aucune
affinité avec les solvants polaires tels que l’eau : elle
est donc hydrophobe.
Les savons, les détergents ou encore les émulsifiants sont des
molécules amphiphiles.
4 / 5 Partie III - Chapitre
Tête polaire hydrophile
et lipophobe
Corps apolaire lipophile
et hydrophobe
Molécule amphiphile Modèle simplifié
Exercice 5 :
On cherche à extraire le diiode I 2
présent dans une solution aqueuse contenant
uniquement de l’eau et du diiode. On place cette solution dans une ampoule à décanter et
l’on rajoute () alors un solvant apolaire pur incolore nommé cyclohexane.
Quelle est la couleur du diiode dans l’eau?
Le cyclohexane est-il miscible à l’eau? Justifier.
Justifier le fait que la molécule de diiode est beaucoup plus soluble dans le cyclohexane
que dans l’eau.
Pour passer de l’étape à l’étape on agite vigoureusement l’ampoule. Quelles
observations permettent de conclure que du diiode a été extrait de la solution aqueuse?
L’extraction a-t-elle été totale?
Quelle est la couleur du diiode dans le cyclohexane? Que peut-on en conclure?
Eau
iodée
Cyclohexane
5.2. Propriétés dégraissantes
Si l’on verse du savon dans de l’eau, les molécules amphiphiles
du savon (en réalité des ions carboxylate) se déploient sur la
surface libre de l’eau et forment ensuite des micelles si cette
surface est complètement occupée. Les têtes hydrophiles
plongent dans l’eau et les chaines aliphatiques s’en isolent, soit
en restant hors de l’eau, soit en faisant des micelles.
Pourquoi le savon dégraisse-t-il?
5 / 5 Partie III - Chapitre
Graisse
Eau +
savon Savon
Support souillé
Micelle
Etape 1 :
Les ions carboxylate apportés
par l’eau savonneuse se plantent
dans le corps gras.
Etape 2 :
Les ions carboxylate plantés en
nombre et entrainés par l’agitation
de l’eau grâce à leur tête
hydrophile, soulèvent et décollent
le corps gras pour s’y planter plus
en profondeur.
Etape 3 :
Des morceaux de corps gras se
décollent, entourés d’ions
carboxylate formant des micelles.
La graisse piégée dans ces micelles
ne peut se redéposer sur la surface.
Coupe d’une micelle en 3D Source : https://www.jrhessco.com/
Micelles
Formation d’une bulle de savon :
Une fine pellicule d’eau reste piégée entre deux couches
de molécules tensioactives :
eau
