Patrick Sharrock Département de chimie IUT Castres CHIMIE GENERALE Patrick Sharrock Département de chimie IUT Castres

PROGRAMME Solubilité et formation de solutions. Réactions de précipitation, produits de solubilité Formation de complexes, constantes d’équilibre Adsorption, isothermes de Langmuir

Définition d’une solution Solubilité et formation de solutions. Définition d’une solution  Une solution est un mélange physique homogène d’un soluté et d’un solvant. Une solution est une matière homogène qui contient plus d’une substance

Hétérogènes (zones de compositions différentes): Solubilité et formation de solutions. Les mélanges  Hétérogènes (zones de compositions différentes): plusieurs phases (huile-eau ; sable-eau ; terre-herbe) Homogènes (composition uniforme en tout point): une seule phase (eau de mer ; essence ; air ; alliages)

Le sang, un aerosol, la vase sont des suspensions. Solubilité et formation de solutions. Suspensions Les suspensions peuvent être des mélanges homogènes avec des particules de 1mm ou plus, visibles a l’œil nu. Le sang, un aerosol, la vase sont des suspensions. Les suspensions sont opaques à la lumière se séparent lentement (sédimentent) et peuvent être filtrées. Les suspensions sont donc hétérogènes

Les colloides sont opalescents (diffusent la lumière). Solubilité et formation de solutions. Colloides Les colloides sont des mélanges contenant des aggrégats de molécules (2 à 1000 nanomètres) qui sont homogènes a l’oeil nu comme le lait, le brouillard. Les colloides sont opalescents (diffusent la lumière). Les colloides ne sédimentent pas et leurs particules ne peuvent être séparées par filtration. On parle de suspensions colloidales. Les émulsions (mayonnaise) sont aussi hétérogènes.

Même si elles sont colorées les solutions sont transparentes. Solubilité et formation de solutions. Solutions Les solutions sont des mélanges de molécules (dimensions de 0,1 a 2 nanomètres) Même si elles sont colorées les solutions sont transparentes. Les molécules ne se séparent pas par sédimentation ou filtration et forment un mélange homogène. Les molécules d’eau et d’éthanol sont parfaitement miscibles:

Composition d’une solution Solubilité et formation de solutions. Composition d’une solution Le solvant: Composant principal déterminant pour les propriétés physiques Le soluté: Composant mineur de la solution

Composition d’une solution Solubilité et formation de solutions. Composition d’une solution Dans le cas eau + éthanol, le soluté peut être l’eau ou l’éthanol, le solvant l’éthanol ou l’eau. Dans le cas du sucre, quand les molécules ne peuvent plus être solvates par l’eau, la solution est dite saturée. On a alors deux phases: un solide et une solution. La solubilité du sucre dans l’eau est de 1,8kg/l

La solubilité, notée "s" s'exprime en g/L ou en mole/L. Solubilité et formation de solutions. Solubilité La solubilité, notée "s" s'exprime en g/L ou en mole/L. Par convention, un composé est dit soluble si s > 0,1 mole/L. Un composé est peu soluble si s < 0,1 mole/L. Et insoluble si s < 10-3 mole/L. Le verre a une solubilité négligeable dans l’eau. Les chimistes utilisent des béchers en verre

Les trois états de la matière, solide, liquide et gaz, donnent en Solubilité et formation de solutions. Les types de solutions Les trois états de la matière, solide, liquide et gaz, donnent en théorie neuf combinaisons de mélanges, mais seulement sept types de solutions. Les gaz ne peuvent pas dissoudre les solides ou les liquides.

Gaz Air (O2/N2) Liquide O2/eau Solide H dans Pt Humidité/air Hg/Ag Solubilité et formation de solutions. Les types de solutions Soluté Solvent exemple Gaz Air (O2/N2) Liquide O2/eau Solide H dans Pt Liquide (évaporé) Humidité/air Hexane/essence Hg/Ag Solide (sublimé) S ou I2/air Sucre/eau solide Alliage (Sn/Pb)

Les contenants et contenus sont différents….. Solubilité et formation de solutions. Les types de solutions Les contenants et contenus sont différents….. Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger.

Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger. Solubilité et formation de solutions. Les types de solutions Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger.

Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger. Solubilité et formation de solutions. Les types de solutions Les produits semblables ont plus de facilité à se mélanger. Les molécules gazeuses sont toutes miscibles

Solubilité et formation de solutions. Les types de solutions Les métaux forment des solutions solides quand leurs rayons atomiques sont proches à 10% près.

L’hydrogène se dissocie pour former des hydrures Solubilité et formation de solutions. Solubilité des gaz La solubilité de l’hydrogène dans le platine augmente avec la température L’hydrogène se dissocie pour former des hydrures

Les gaz sont peu solubles dans l’eau, sauf s’ils réagissent (HCl, NH3) Solubilité et formation de solutions. Solubilité des gaz Les gaz sont peu solubles dans l’eau, sauf s’ils réagissent (HCl, NH3) La solubilité de l’oxygène dans l’eau est de 1,32mmole/litre

Mécanisme de dissolution Solubilité et formation de solutions. Solubilité des gaz Mécanisme de dissolution 1-Un peu d’énergie est requise pour faire une poche dans le solvant 2-Un peu d’énergie est libérée par la solvatation du gaz Dans l’eau, 2>1, et O2 (g) + H2O(liq) -- O2 (aq) + D L’oxygène est plus soluble dans l’eau froide Mais les solvants organiques solvatent peu (2<1) et l’oxygène s’y dissout plus à chaud qu’à froid car la dissolution est endothermique.

Solubilité et formation de solutions. La loi de Henry A température constante, la solubilité d’un gaz dans un liquide dépend de sa pression partielle. Pgaz = KC ou K est la constante de Henry (dépend du gaz, du solvant et T)

Mécanisme de dissolution des solides Solubilité et formation de solutions. Mécanisme de dissolution des solides Le sucre possède des liaisons intramoléculaires fortes et des liens intermoléculaires faibles Pour dissoudre le sucre dans l’eau on doit: 1-Séparer les molécules de glucose 2-Faire des cavités dans l’eau pour y placer le sucre 3-Solvater les molécules dissoutes 1 et 2 sont endothermiques, mais 3 est exothermique. Il faut un certain nombre de molécules d’eau pour « entourer » chaque sucre. La dissolution s’arrête quand toutes les molécules d’eau sont prises. La solution est dite saturée quand il y a présence de deux phases (s et l).

Mécanisme de dissolution Solubilité et formation de solutions. Mécanisme de dissolution Sucre + eau + D = solution (soluté + solvent) Le résultat global est endothermique, comme la fusion du sucre. Si on chauffe, on dissout plus (on déplace la réaction vers la droite) Quand on refroidit une solution saturée, on favorise la cristallisation Une solution est temporairement sursaturée en attendant que les molécules de soluté s’agglomèrent (nucléation, puis cristallisation)

La dissolution de KCl ou KNO3 est endothermique Solubilité et formation de solutions. La dissolution de KCl ou KNO3 est endothermique La dissolution de Na2SO4 est exothermique

La majorité des sels sont plus solubles dans l’eau chaude Solubilité et formation de solutions. La majorité des sels sont plus solubles dans l’eau chaude Les différences de solubilité permettent de séparer des sels Si on mélange deux solutions saturées de NaNO3 et de KCl a 10°C, on précipite KNO3.

solution conductivité (mS) H2O distillée 20 Eau potable 560 NH3 0,05 M Solubilité et formation de solutions. Propriétés des solutions aqueuses solution conductivité (mS) H2O distillée 20 Eau potable 560 NH3     0,05 M 325 CH3-COOH  0,05 M 236 C6H12O6    0,05 M 43 HCl       0,05 M 13000 NaCl      0,05 M 3700

Les solides ioniques se dissocient dans un solvant polaire Solubilité et formation de solutions. Les solides ioniques se dissocient dans un solvant polaire