Solutés et solutions

Solvant : Définition

Commençons par la définition d'un solvant.

Par exemple, si tu ajoutes du cacao en poudre à un verre de lait et que tu remues, le cacao en poudre se dissoudra dans le solvant, qui est le lait dans ce cas !

$$ \text{Soluté (poudre de cacao) + Solvant (lait) = Solution (lait chocolaté) } $$

La capacité d'un solvant à dissoudre une autre substance dépend de sa structure moléculaire. Les trois types de structures moléculaires des solvants sont lessolvants protiques polaires , lessolvants aprotiques dipolaires et lessolvants non polaires.

Lessolvants protiques polaires sont constitués d'une molécule contenant un groupe OH polaire et une queue non polaire. Sa structure est représentée par la formule R-OH. Parmi les solvants protiques polaires courants, on trouve l'eau (_H2O), le méthanol (_CH3OH), l'éthanol (_CH3CH2OH) et l'acide acétique (_CH3COOH).

• Seuls les composés polaires sont solubles dans les solvants protiques polaires._H2Opeut toutefois dissoudre des substances non polaires également !

Lessolvants aprotiques dipolaires sont généralement des molécules dont le moment dipolaire de liaison est important. Ils ne possèdent pas de groupe OH. L'acétone ((_CH3)2C=O) est un exemple courant de solvant aprotique dipolaire.

Lessolvants apolaires ne sont pas miscibles dans l'eau et sont considérés comme lipophiles. En d'autres termes, ils dissolvent les substances non polaires comme les huiles et les graisses. Le tétrachlorure de carbone (_CCl4), l'éther diéthylique (_{CH3CH2OCH2CH3}) et le benzène (_C6H6) sont des exemples de solvants non polaires.

Solvant : Exemples

Si l'eau (_H2O) est le solvant inorganique le plus important, il existe de nombreux autres solvants qui peuvent être utilisés pour dissoudre des solutés et former des solutions. L'acide sulfurique concentré (_H2SO4) et l'ammoniac liquide (_NH3) sont des exemples de solvants inorganiques.

Par exemple, le carbonate de zinc (_ZnCO3) peut être dissous dans l'acide sulfurique (_H2SO4) pour former du sulfate de zinc (_ZnSO4), de l'eau (_H2O) et du dioxyde de carbone (_CO2) comme produits (figure 1) !

Figure 1. Réaction chimique entre le carbonate de zinc et l'acide sulfurique, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

Qu'en est-il des solvants organiques ? Les solvants organiques peuvent être des solvants oxygénés, des hydrocarbures ou des solvants halogénés. Comme leur nom l'indique, les solvants oxygénés sont ceux qui contiennent de l'oxygène. Ces solvants ont de nombreuses applications, y compris la dissolution des peintures ! Les alcools, les cétones et les esters sont des exemples de solvants oxygénés.

Lessolvants hydrocarbonés ne contiennent que des atomes d'hydrogène et de carbone. L'hexane, l'essence et le kérosène sont des exemples de solvants hydrocarbonés.

Lessolvants halogénés sont des solvants organiques qui contiennent des atomes d'halogène. Les atomes d'halogène sont ceux du groupe 17 du tableau périodique, comme le chlore (Cl), le fluor (F), le brome (Br) et l'iode (I). Les exemples comprennent le trichloréthylène (_ClCH-CCl2), le chloroforme (_CHCl3), le tétrafluorométhane (_CF4), le bromométhane (_CH2Br) et l'iodoéthane (_C2H5I).

Soluté : Définition

Maintenant, plongeons-nous dans les solutés. La définition d'un soluté est présentée ci-dessous.

Pense à l'air, par exemple. L'air est une solution gazeuse dans laquelle l'azote est le solvant et l'oxygène et tous les autres gaz sont les solutés ! Un autre exemple est l'eau gazeuse. Dans l'eau gazeuse, le dioxyde de carbone (_CO2) est le soluté et_H2Oest le solvant.

Solubilité

Lorsqu'il s'agit de solutés et de solvants, il y a un terme très important que tu dois connaître : La solubilité. Pour être soluble, les forces d'attraction qui se forment entre le soluté et le solvant doivent être comparables aux liaisons rompues dans le soluté et dans le solvant.

La solubilité dépend de trois éléments : letype de soluté et de solvant, la température et la pression (pour les gaz).

• Les solutés qui se dissolvent dans les solvants polaires sont des molécules polaires, tandis que les solutés qui se dissolvent dans les solvants non polaires sont des molécules non polaires. Ce qui est semblable se dissout comme ce qui est semblable.
• Lorsque la température augmente, les solides deviennent plus solubles et les gaz moins solubles. Lorsqu'il est ajouté à de l'eau chaude, le sucre, par exemple, se dissout beaucoup mieux que lorsqu'il est ajouté à de l'eau froide !
• Lesgaz sont plus solubles lorsque la pression est plus élevée.

Solution : Définition

Maintenant que nous savons que les solutés se dissolvent dans les solvants pour former des solutions, voyons la définition d'une solution.

$$ \text{Soluté + Solvant = Solution } $$

Le processus de formation d'une solution se déroule en trois étapes (figure 2). Tout d'abord, les forces d'attraction des particules de soluté se brisent, ce qui entraîne la séparation des particules de soluté. Ensuite, la séparation des particules de solvant se produit de la même manière. Enfin, des forces d'attraction se forment entre les particules de soluté et de solvant.

Explorons maintenant les différents types de solutions qui peuvent se former. Les solutions solides-liquides sont le type de solution le plus courant. Ici, un solide est dissous dans un liquide.

Bien que cela puisse paraître étrange, les solutions solide-solide existent aussi. Ces solutions peuvent se former lorsqu'un solide est dissous dans un autre solide. Les alliages sont le meilleur exemple de solutions solides.

• Un alliage est une combinaison de deux ou plusieurs métaux, ou de métaux avec des éléments non métalliques. L'acier est un alliage de fer et d'une très petite quantité de carbone.

Les solutionsgaz-liquide sont des solutions résultant de la dissolution d'un gaz dans un liquide. Le soda gazeux est un exemple de solution gaz-liquide.

Lorsqu'un gaz se dissout dans un autre gaz, des solutions gaz-gaz se forment. L'air est un exemple de solution gaz-gaz !

Enfin, nous avons les solutions liquide-liquide. Ces solutions se forment lorsqu'un liquide est dissous dans un autre liquide.

Soluté et solution : Exemples

Selon la quantité de soluté ajoutée à un solvant, nous pouvons avoir des solutions saturées,insaturées ou sursaturées. Parlons donc de ce que sont ces solutions et examinons quelques exemples !

Une solution saturée est une solution dans laquelle on ne peut plus dissoudre de soluté. En d'autres termes, c'est une solution dans laquelle la quantité maximale de soluté s'est dissoute dans le solvant. Par exemple, si tu ajoutes du chlorure de sodium (NaCl) à un verre d'eau jusqu'à ce que le sel ne se dissolve plus dans l'eau, tu as une solution saturée.

D'autre part, nous avons des solutions insaturées. Une solution insaturée est une solution qui a la capacité de dissoudre plus de soluté. Les solutions insaturées contiennent moins que la quantité maximale de soluté possible. Ainsi, si tu y ajoutes plus de soluté, elle se dissoudra.

Maintenant, si une solution contient plus de soluté que ce qui est normalement possible, elle devient une solution sursaturée. Ce type de solution se forme généralement à partir d'une solution saturée lorsqu'elle est chauffée à haute température. Si toute la matière de la solution saturée est dissoute par chauffage et qu'on la laisse refroidir, elle restera souvent une solution homogène ; aucun précipité ne se formera. Si un cristal du soluté pur est ajouté à la solution sursaturée homogène refroidie, un précipité de ce soluté se formera. Cette technique est souvent utilisée dans un laboratoire de chimie organique pour obtenir des composés purs.

Molarité

Lorsqu'ils mélangent une solution, les chimistes doivent savoir deux choses principales : la quantité de soluté et de solvant à utiliser, et la concentration de la solution.

Pour calculer la concentration, nous pouvons utiliser la formule de la Molarité (M) car la concentration est souvent mesurée en unités de Molarité. L'équation de la molarité est la suivante :

$$Molarité (M ou mol/L) = \frac{moles du soluté (mol)}{litres de la solution (L)}$$$.

Différence entre soluté et solution

Pour finir, voyons les différences différence entre solvant, soluté et solution.

Maintenant, j'espère que tu es plus confiant dans ta compréhension des solutés et des solutions !