Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Cinqui` eme: Cours de Chimie Y. Delhaye 19 septembre 2006 Copyright (c) 2004 20

Cinqui` eme: Cours de Chimie Y. Delhaye 19 septembre 2006 Copyright (c) 2004 2005 Yves Delhaye Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation ; with no In- variant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled ”GNU Free Documentation License”. Premi` ere partie Chimie physique 1 Chapitre 1 Solutions et solutions aqueuses 1.1 Introduction H2O L’eau, c’est la vie. Exemples de solutions aqueuses : sang, s` eve, m´ edicament, produits de nettoyage, Si vous ˆ etes mouill´ e, le risque d’´ electrocution est beaucoup plus grand. Mais comment une substance se « dissout elle » dans l’eau et quels sont les types de solutions aqueuses ? C’est ce que nous ´ etudierons dans ce chapitre. 1.2 Solutions, solvants, solut´ es et solubilit´ e 1.2.1 Introduction Lors des naufrages de p´ etroliers, la presse fait ´ echo de mar´ ees noires. Peut-ˆ etre en avez vous ´ et´ e vous mˆ eme t´ emoin ou victime. Les mar´ ees noires sont dˆ ues au fait que le p´ etrole est peu soluble dans l’eau et qu’il est moins dense que celle-ci. Comment pr´ evoir si une substance est soluble ou pas ? 1.2.2 Exemples : NaCl, I2, C8H18(essence), HCl, NaOH, C6H5−CH = CH2−CH2(Styrene), sucre Faire un tableau des observations pour chaque substance. Soluble, non soluble, peu soluble ? 3 4 CHAPITRE 1. SOLUTIONS 1.2.3 D´ eﬁnitions Par d´ eﬁnition, – Une solution est un m´ elange homog` ene form´ e par un solvant et un solut´ e. – Le solut´ e est le corps qui se dissout. – Le solvant est le corps dans lequel un solut´ e se dissout. Une solution aqueuse est donc un m´ elange homog` ene form´ e par un solut´ e et o` u l’eau est le solvant. Analysons les r´ esultats de l’exp´ erience. Compos´ es solubles Compos´ es non solubles NaCl, NaOH, HCl C8H18, C6H5 −CH = CH2 −CH2, I2 1.2.4 Interpr´ etation La mol´ ecule d’eau est polaire. – Elle a des liaisons covalentes polaris´ ees. – La r´ esultante des charges des charges partielles positives et la r´ esultante des charges partielles n´ egatives ne co¨ ıncident pas. H2O a 2 pˆ oles. Elle est polaris´ ee. – Consid´ erons la structure mol´ eculaire des compos´ es solubles dans l’eau. Na+Cl− Na+OH− Hδ+ →Clδ− Les liaisons chimiques de ces compos´ es sont soit : – des liaisons ioniques. Na+Cl−et Na+OH−sont constitu´ es de charges + et -. Ce sont des compos´ es ioniques. – des liaisons covalentes polaris´ ees : Hδ+ →Clδ−(nous verrons plus tard que c’est aussi le cas du sucre.) Comme pour la mol´ ecule d’eau, la r´ esultante des charges des charges partielles positives et la r´ esultante des charges partielles n´ egatives ne co¨ ıncident pas. Ce sont des mol´ ecules polaires. – Consid´ erons maintenant la structure mol´ eculaire des compos´ es non solubles dans l’eau. I −I C6H5 −CH = CH2 −CH2 C8H18 Les liaisons sont du types covalentes parfaites. Il n’y pas de charges partielles r´ esultantes. Ce sont des mol´ ecules non polaires. 1.2. SOLUTIONS, SOLVANTS, SOLUT´ ES ET SOLUBILIT´ E 5 Conclusion La solubilit´ e dans l’eau de certains compos´ es peut s’expliquer par l’attrac- tion entre charges ´ electriques. Les pˆ oles positifs et n´ egatifs de l’eau peuvent attirer : – les charges + et - des ions pour le cas des compos´ es ioniques. – Les pˆ oles + et - des compos´ es covalents polaris´ es. Ces ions ou mol´ ecules forment avec l’eau une solution aqueuse. Il n’y a quasiment pas d’attraction entre les mol´ ecules non polaires et l’eau, elles ne sont quasiment pas solubles. En conclusion : Qui se ressemble, s’assemble. Solvant/Solut´ e Ionique ou polaire Non polaire Polaire Soluble NON Soluble Les mar´ ees noires 1.2.5 Solubilit´ e Introduction Nous savons donc que pour certaine solutions, le fait de rajouter du solut´ e n’augmente pas la quantit´ e de solut´ e dans la solution. Celui-ci se d´ epose dans le fond. L’exemple typique en est le sucre dans votre caf´ e ! Pour mesurer ce seuil o` u il n’y a plus moyen de dissoudre une substance dans une autre, les chimistes emploient les concentrations. Il y a une concentration au-del` a de laquelle il n’y a plus moyen de dis- soudre le solut´ e. Nous d´ esignerons cette concentration seuil par le terme solubilit´ e. D´ eﬁnitions Le terme solubilit´ e d´ esigne la quantit´ e maximale (en g´ en´ eral en gramme ou en mole) de solut´ e dissoute par unit´ e de volume (en litre) de solution satur´ ee ` a une temp´ erature donn´ ee. 6 CHAPITRE 1. SOLUTIONS La solubilit´ e molaire s est le nombre maximum de moles de solut´ e dissous dans un litre de solution ` a une temp´ erature donn´ ee. s = n V (1.1) o` u – s est la solubilit´ e molaire (mol.l−1), – n est le nombre de mole de solut´ e (mol), – V est le volume de solution (l). La solubilit´ e massique s est le nombre maximum de grammes de solut´ e dissous dans un litre de solution ` a une temp´ erature donn´ ee. Symbole : ”s” ; unit´ e : ”g.l−1” s == m V (1.2) o` u – s est la solubilit´ e molaire (mol.l−1), – m est la masse de solut´ e (g) et – V est le volume de solution (l). Une solution est dite satur´ ee lorsque la concentration molaire en solut´ e atteint la valeur de la solubilit´ e molaire. Si on continue ` a ajouter du solut´ e, celui ne dissous plus. Si le solut´ e est solide, il forme un d´ epˆ ot. On parle alors de pr´ ecipit´ e. La solubilit´ e ` a temp´ erature ordinaire varie fortement : Compos´ e Solubilit´ e molaire (mol.l−1) Concentration massique correspondante (g.l− CaCO3 9, 5.10−5 0,01 NaCl 6,0 350 NaOH 10,5 1 420 C12H22O11 3,9 1334 Comme le tableau ci dessus nous le laisse entendre, la solubilit´ e varie tr` es fort. On ﬁxe donc la convention suivante : – Les compos´ es sont dits solubles si s 0, 1mol.l−1 – Les compos´ es sont dits peu solubles si s ¡ 0, 1mol.l−1 exercices Calculer les solubilit´ es (en mol · L−1 et en g · L−1)de : 1.3. MOD` ELE DES SOLUTIONS AQUEUSES 7 – BaSO4 si 0,0024g de ce sel sont dissous dans 2 L de solution satur´ ee. – PbCl2 si 1,2g de ce sel sont dissous dans 250 ml de solution satur´ ee. – PbSO4 si 1, 2 · 10−4mol de ce sel sont dissous dans 0,4 L de solution satur´ ee. 1.3 Mod` ele des solutions aqueuses Comment le solut´ e se « dissout il » dans l’eau ? 1.3.1 Exp´ erience avec le conductim` etre Tableau. Electrolytes et Non-´ electrolytes Mod` ele : Type de solutions ´ Etudions donc le type de solut´ e qui sont solubles dans l’eau. Solutions aqueuses d’un compos´ e ionique Les solutions aqueuses d’un compos´ e ionique sont celles qui sont constitu´ ees d’eau et – d’un sel (par ex. KCl) – ou d’un hydroxyde (par ex. NaOH). Remarquons que, selon Arrhenius, les hydroxydes sont des bases. Par d´ eﬁnition, une base est une substance contenant un groupement OH lib´ erable, au contact de l’eau, sous forme d’ion OH−. Ainsi, on a : NaOH(s) →Na+ (aq) + OH− (aq) Solutions d’un compos´ e covalent Les solutions aqueuses d’un compos´ e covalent sont celles qui sont constitu´ ees d’eau et – d’un acide (par ex. HCl) – ou d’une base non hydroxyd´ ee (par ex. NH3). Par d´ eﬁnition, selon Arrhenius, un acide est une substance susceptible de lib´ erer des ions H+ en solution dans l’eau. 8 CHAPITRE 1. SOLUTIONS Exemples HCl(l) →H+ (aq) + Cl− (aq) NH3(g) + H2O(l) →NH+ 4(aq)) + OH− (aq) 1.3.2 Mod` ele des solutions aqueuses Mod` ele des solutions aqueuses d’´ electrolytes Solides ioniques : Structure du cristal ionique, agitation thermique et attraction ´ electrostatique D´ eﬁnition : la temp´ erature est une mesure de l’´ energie cin´ etique moyenne des mol´ ecules. Compos´ es covalents : Mod` ele des solutions aqueuses de non-´ electrolytes solutions mol´ eculaires R´ esum´ e sous forme de tableau ’ 1.3.3 ´ Equations de dissociation Un compos´ e solide se dissout dans l’eau en lib´ erant les ions dont il est constitu´ e. Exemple : NaCl(s) →Na+ (aq) + Cl− (aq) Il y a deux cas ` a consid´ erer selon que la mol´ ecule ` a l’origine du solut´ e contient ou non un ´ el´ ement de transition. ´ Equations de dissociation sans ´ el´ ement de transition S’il n’y a pas d’´ el´ ement de transition : d´ ecomposer la uploads/s1/ cours-chimie-1h-5eme.pdf