Chapter 12: Solutions and Colloids

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12.6:

Propriétés physiques affectant la solubilité

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La solubilité d’un soluté est la quantité maximale qui se dissoudra dans une quantité donnée de solvant à une température spécifique. Cela signifie que, par définition, la température affecte la solubilité de la plupart des substances. Pour la plupart des solutés solides, leur solubilité dans l’eau augmente à mesure que la température de la solution augmente, bien qu’il y ait des exceptions, comme le sulfate de césium.Lorsque la température change, la solubilité de substances différentes augmente à des rythmes différents. Par exemple, la solubilité du nitrate de potassium augmente fortement avec la température, tandis que celle du chlorure de potassium change très peu. Lorsqu’une solution contenant un mélange de nitrate de potassium et le chlorure de potassium est chauffé puis refroidi lentement à dix degrés, le précipité cristallin contiendra plus de nitrate de potassium car il est moins soluble à basse température.Cette technique de séparation est connue comme cristallisation fractionnée. Contrairement aux solutés solides, la solubilité de gaz dans l’eau diminue avec l’augmentation de la température. Si un bécher de soda froid est réchauffé à température ambiante, le soda s’aplatit rapidement.En effet, la solubilité du dioxyde de carbone diminue par l’augmentation de la température. La solubilité des gaz dépend également de la pression. Plus la pression d’un gaz est élevée que celui du liquide, plus le gaz est soluble dans le liquide.Cette relation entre la pression et la solubilité d’un gaz est quantifiée par la loi d’Henry, qui stipule que la solubilité d’un gaz égale la constante de la loi de Henry multipliée par la pression. En préparant du soda, le dioxyde de carbone est dissous dans une solution de sucre sous haute pression. La pression ci-dessus permet à la solution devenir saturé de dioxyde de carbone.Ainsi, lorsqu’une canette de soda est ouverte, nous pouvons entendre le pop familier lorsque la pression est relâchée et voir de nombreuses bulles se former sous forme de dioxyde de carbone du gaz s’échappe de la solution.
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12.6:

Propriétés physiques affectant la solubilité

Solutions de gaz dans les liquides

Comme pour toute solution, la solubilité d’un gaz dans un liquide est influencée par les forces intermoléculaires d’attraction entre les espèces de soluté et de solvant. Cependant, contrairement aux solutés solides et liquides, il n’y a aucune attraction intermoléculaire soluté-soluté à surmonter lorsqu’un soluté gazeux se dissout dans un solvant liquide car les atomes ou les molécules qui constituent un gaz sont éloignés et présentent des interactions négligeables. Par conséquent, les interactions soluté-solvant sont le seul facteur énergétique qui influence la solubilité. Par exemple, la solubilité de l’oxygène dans l’eau est environ trois fois plus grande que celle de l’hélium (il y a des forces de dispersion plus importantes entre l’eau et les molécules d’oxygène plus grosses), mais 100 fois moins importante que la solubilité du chlorométhane, CHCl3 (les molécules de chlorométhane polaire subissent des attractions dipôle-dipôle vers les molécules d’eau polaires). De même, notez que la solubilité de l’oxygène dans l’hexane, C6H14, est environ 20 fois plus grande que dans l’eau parce qu’il existe des forces de dispersion plus importantes entre l’oxygène et les molécules d’hexane plus grosses.

La température est un autre facteur qui influence la solubilité, la solubilité du gaz diminuant généralement à mesure que la température augmente. L’un des principaux impacts de la pollution thermique dans les eaux naturelles est dû à cette relation inverse entre la température et la concentration de gaz dissous.

La solubilité d’un soluté gazeux est également influencée par la pression partielle du soluté dans le gaz auquel la solution est exposée. La solubilité du gaz augmente à mesure que la pression du gaz augmente.

Pour de nombreux solutés gazeux, la relation entre la solubilité, Sgaz, et la pression partielle, Pgaz, est une relation proportionnelle :

Eq1

où kH est une constante de proportionnalité qui dépend de l’identité du soluté gazeux et du solvant ainsi que de la température de la solution. C’est une expression mathématique de la loi de Henry : la quantité d’un gaz parfait qui se dissout dans un volume défini de liquide est directement proportionnelle à la pression du gaz.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 11.3 : Solubilité.

Suggested Reading

  1. Kolev, Nikolay Ivanov. "Solubility of O 2, N 2, H 2 and CO 2 in water." In Multiphase Flow Dynamics 4, pp. 209-239. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011.
  2. Mitchell, Alan J., ed. Formulation and production carbonated soft drinks. Springer Science & Business Media, 1990.

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