1.13 : Solubilité

Solution, solubilité et équilibre de solubilité

Une solution est un mélange homogène composé d'un solvant, le composant majeur, et d'un soluté, le composant mineur. L'état physique d'une solution (solide, liquide ou gazeux) est généralement le même que celui du solvant. Les concentrations de solutés sont souvent décrites avec des termes qualitatifs tels que dilué (de concentration relativement faible) et concentré (de concentration relativement élevée).

Dans une solution, les particules de soluté (molécules, atomes et/ou ions) sont étroitement entourées d'espèces de solvant et interagissent par l'intermédiaire de forces d'attraction. Ce processus de dissolution est appelé solvatation. Lorsque l’eau est le solvant, le processus est appelé hydratation. Pour la solvatation, les interactions soluté-solvant doivent être plus fortes que les interactions soluté-soluté et solvant-solvant. La précipitation est l’opposé de la solvatation et se produit en raison de fortes interactions soluté-soluté.

La solubilité est la mesure de la quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans une quantité donnée de solvant. La température, la pression et la polarité moléculaire sont quelques-uns des facteurs importants qui affectent la solubilité. L'équilibre de solubilité est établi lorsque la dissolution et la précipitation d'une espèce solutée se produisent à des taux égaux.

Dissout comme tels

Pour prédire si un soluté sera soluble dans un solvant donné, la règle générale est « le semblable dissout le semblable ». Les solutés polaires ou ioniques se dissolvent dans les solvants polaires en raison des interactions ion-dipôle ou dipôle-dipôle qui en résultent avec les molécules de solvant. Une telle interaction ne sera pas possible avec un solvant non polaire. Les solutés non polaires se dissolvent dans les solvants non polaires grâce aux forces de dispersion intermoléculaires.

Composés hydrophiles, hydrophobes et amphiphiles

L'eau est un solvant polaire. Les solutés solubles dans l’eau sont appelés « hydrophiles » ou « qui aiment l’eau ». Par exemple, lorsque du KCl solide est ajouté à l’eau, l’extrémité positive (hydrogène) des molécules d’eau polaires est attirée par les ions chlorure négatifs et les extrémités négatives (oxygène) de l’eau sont attirées par les ions potassium positifs. Les molécules d’eau entourent les ions K⁺ et Cl⁻ individuels, réduisant ainsi les fortes forces qui lient les ions entre eux et les laissant passer en solution sous forme d’ions solvatés.

Un soluté insoluble dans l’eau est qualifié de « hydrophobe » ou de « craignant l’eau ». De tels solutés, comme le pétrole, sont incapables de former des liaisons hydrogène avec les molécules d’eau environnantes en raison des interactions soluté-soluté plus fortes. En conséquence, les particules de soluté se regroupent et restent non dissoutes.

Les composés qui ont à la fois des groupes polaires et non polaires sont appelés « amphipathiques » ou « amphiphiles ». Par exemple, les savons, qui sont des sels d'acides gras. Ils ont une queue hydrophobe d'hydrocarbures non polaires et une tête hydrophile polaire. L’action nettoyante des savons et détergents peut s’expliquer par la structure des molécules impliquées. L'extrémité hydrocarbure (non polaire) d'une molécule de savon ou de détergent se dissout dans des substances non polaires, telles que l'huile, la graisse ou les particules de saleté, ou est attirée par ces éléments. L'extrémité ionique est attirée par l'eau (polaire). En conséquence, les molécules de savon ou de détergent s'orientent à l'interface entre les particules de saleté et l'eau, elles agissent donc comme une sorte de pont entre deux types de matière différents, apolaire et polaire. En conséquence, les particules de saleté se mettent en suspension sous forme de particules colloïdales et sont facilement éliminées.

Ce texte est adapté de OpenStax Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process, Section 11.3: Solubility, and Section 11.5: Colloids.