Chimie des solutions

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Chimie des solutions

• Éditions Études Vivantes

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Les solutions aqueuses

• Diaporama réalisé par Christian Louis, Ph.D.

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Solutés de leau
Leau est rarement pure. Elle contient des
substances dissoutes.
Dans une solution, la distribution des molécules
est homogène.
Les solutés de leau sont de nature variée.
Les solutés de leau de mer sont plutôt ioniques
Na, Cl-, Mg2, HCO3-, etc.
Les solutés du vin sont plutôt moléculaires
C2H5OH, C2H5CO2H, C2H5CHO, etc.
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Concentration des solutions
La concentration dune solution nous renseigne
sur la quantité de soluté dissoute dans une
quantité donnée de solution.
La concentration peut sexprimer de différentes
façons.
H2O
NaCl
1,0 L1050 g L
0,50 mol58,4 g mol
1050 g
29,2 g
1021 g
1050 g 29,2 g
1,0 L
1021 g 18,0 g/mol
0,50 mol
56,7 mol
57,2 mol
56,7 mol 0,50 mol
58,4 g/mol
18,0 g/mol
1,05 g/mL
1050 g/L
0,50 mol/L
29,2 g 29,2 g 1,0L 1000mL
2,92 g/100mL
29,2 g100 1050 g
2,78
0,50 mol 57,2 mol
0,00874
0,50 mol 1021 g
0,50 mol 1,021 kg
0,49 mol/kg
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Solutions aqueuses de gaz
Leau est habituellement en contact avec lair.
Les gaz de lair (N2, O2, CO2, Ar, etc.) se
solubilisent dans leau.
La solubilité dun gaz dans leau est
habituellement petite.
La solubilité de HCl est grande (?10 mol/L), car
HCl réagit vigoureu-sement avec leau HCl H2O
? H3O(aq) Cl-(aq) .
La solubilité dun gaz augmente avec la pression.
La solubilité dun gaz diminue avec la
température.
La solubilité de O2 est de 3,0x10-4 mol/kg dans
lair à 20 C. Elle est 7 fois plus grande dans
loxygène pur à 0 C.
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Mélanges hétérogènes avec des liquides
Plusieurs liquides communs (les huiles,
lessence) se mélangent très peu à leau.
La structure moléculaire de ces liquides est très
différente de celle de leau.
Eau H O H.
Acide oléique (un des constituants des huiles)
CH3(CH2)7CHCH(CH2)7-CO2H.
On utilise souvent des liquides qui ne se
mélangent pas à leau pour en extraire des
molécules indésirables.
Heptane (un des constituants de lessence)
CH3CH2CH2CH2CH2-CH2-CH3 .
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Solutions aqueuses de liquides
Certains liquides, comme léthanol et lacide
sulfurique, se mélangent à leau en toutes
proportions.
Ces liquides ont des structures moléculaires qui
ressemblent à celle de leau et ils sont polaires
comme leau.
Eau HOH.
Éthanol CH3-CH2-O-H.
Acide sulfurique H-O-SO2-O-H.
Les interactions entre les molécules deau et les
molécules de ces liquides sont fortes.
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Séparations par distillation
Le diagramme de phase dune solution eau-éthanol
montre que la vapeur qui sen échappe senrichit
en constituant le plus volatil (éthanol).
Si Xéthanol 0,20,
le liquide bout à 84 C.
La vapeur formée a une fraction molaire déthanol
de 0,62.
La distillation simple à 84 C dun mélange
liquide où la fraction molaire déthanol est de
0,2 0 donne un distillat dont la fraction molaire
en éthanol est de 0,62.
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Distillations fractionnées
La séparation dun mélange de deux liquides
volatils est plus efficace si on remplace la
distillation simple par une distillation
fractionnée.
Montage de distillation simple
Le distillation fractionnée dun mélange
eau-éthanol conduit à un distillat dans lequel la
fraction molaire déthanol est de 0,90.
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Solutions aqueuses de solides
Dans la nature, leau est en contact avec les
substances solides inorga-niques et organiques du
sol.
Certains de ces solides sont très peu solubles
dans leau. Ce sont surtout des substances
moléculaires ou macromoléculaires.
Dautres solides sont très solubles dans leau.
Ce sont surtout des substances ioniques.
La dissolution de solides dans leau modifie les
propriétés de cette dernière masse volumique,
pression de vapeur, température de congé-lation,
température débullition.
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Variation de la pression de vapeur
Dans un récipient fermé, la vapeur deau contenue
dans lair est en équilibre avec leau liquide.
Les molécules de la vapeur deau entrent en
collision avec toutes les surfaces et exercent
sur elles une pression Peau.
À 25 C, la pression de vapeur de leau pure,
Peau, est de 3,2 kPa.
La présence dun soluté solide (soluté non
volatil) dans leau diminue sa pression de vapeur.
Dans une solution diluée, labaisse-ment de
pression de vapeur (D P) est directement
proportionnel à la fraction molaire de soluté. D
P k Xsoluté (loi de Raoult).
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Variation de la température de congélation
La présence dun soluté dans leau fait baisser
sa température de congélation.
Dans une solution diluée, labaissement de la
température de congélation (D t) est directement
proportionnel à la concen-tration du soluté.
D t dépend de la concentration du soluté, mais ne
dépend pas de la nature du soluté.
1 mol/kg de nimporte quel soluté moléculaire
fait baisser la température de congélation de
leau de 1,86 C.
La dissolution dune mole de NaCl dans leau
produit 2 moles dions 1 mol/kg de NaCl fait
baisser la température de congélation de 2x1,86
C.