La solubilité des substances ioniques dans l’eau

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Fiches
Classe(s) : Tle ST2S | Thème(s) : Le contrôle de la qualité de l’eau

A L’électronégativité

L’électronégativité d’un atome est sa capacité à attirer à lui le doublet d’électrons engagé dans une liaison de covalence : plus son électronégativité est forte, plus il est attracteur. Dans le tableau ci-dessous, on trouve la valeur de l’électronégativité de Pauling de quelques éléments.

Tableau de 2 lignes, 8 colonnes ;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : Éléments; H; C; N; O; Na; S; Cl; Ligne 2 : Électronégativité; 2,2; 2,6; 3,0; 3,4; 0,90; 2,6; 3,2;

Info

Linus Pauling (1901-1994) est un chimiste et physicien américain. Lauréat du prix Nobel de chimie en 1954 pour ses travaux décrivant la nature de la liaison chimique, il a introduit la notion d’électronégativité en 1932.

Dans le cas d’une liaison entre deux éléments A et B, on calcule la différence d’électronégativité entre les deux :

si la différence est inférieure ou égale à 0,4, la liaison est apolaire. Le doublet d’électrons est équitablement réparti : A—B ;

si la différence est comprise entre 0,5 et 2, la liaison est polaire. La probabilité de présence du doublet d’électrons est plus grande vers B, l’élément le plus électronégatif : Aδ+—Bδ. A porte alors une charge partielle positive δ+ et B porte alors une charge partielle négative δ– ;

si la différence est supérieure à 2, la liaison est ionique. B, l’élément le plus électronégatif, porte une charge négative entière – et A une charge positive entière + : A+ + B.

B L’eau, molécule et solvant polaires

Lorsqu’une molécule comporte une ou plusieurs liaisons polarisées, alors le barycentre des charges partielles positives et le barycentre des charges partielles négatives ne sont pas forcément au même endroit : la molécule est alors polaire.

L’eau comporte deux liaisons OH polarisées qui se répartissent dans un plan : le barycentre des charges positives se place au milieu des deux éléments hydrogène, ce qui ne coïncide pas avec le barycentre des charges négatives, qui est l’élément oxygène.

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Molécule d’eau

L’eau est une molécule polaire, elle constitue donc un solvant polaire, efficace pour dissoudre des molécules petites et polaires, ainsi que les ions, qui sont des espèces chargées électriquement.

C La dissolution des composés ioniques dans l’eau

Une solution aqueuse est obtenue par dissolution d’un solide ionique ou moléculaire dans l’eau. Une solution électrolytique est une solution contenant des ions. Elle conduit le courant, mais est électriquement neutre (compensation globale des charges électriques). Les ions, chargés électriquement, sont facilement solvatés (hydratés) par l’eau.

Le chlorure de sodium NaCl (sel de table) est un cristal ionique : c’est un assemblage ordonné de cations sodium Na+ et d’anions chlorure Cl. Chaque ion est entouré d’ions porteurs d’une charge opposée afin de stabiliser le cristal.

Les schémas ci-dessous représentent des morceaux du cristal ionique de chlorure de sodium. Les petits cercles représentent des ions sodium et les plus gros, des ions chlorure.

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Lors de la dissolution du NaCl dans l’eau, on observe les étapes suivantes.

 Étape 1 : dissociation du solide ionique

Un cristal ionique, constitué d’ions liés par des forces électrostatiques (), commence à se dissoudre en étant en contact avec l’eau. Pour nous, à l’œil nu, il semble « disparaître » dans l’eau. En fait, le cristal est en cours de destruction : les ions sont séparés les uns des autres par le solvant. Ils se libèrent dans le liquide, chacun de leur côté : ils sont trop petits pour être visibles individuellement ().

 Étape 2 : hydratation (ou solvatation) des ions

La molécule d’eau étant polarisée, elle s’associe aux ions positifs par son côté négatif (oxygène) et aux ions négatifs par ses côtés positifs (hydrogène). Cela s’appelle l’hydratation ().

 Étape 3 : dispersion des ions

Les ions hydratés s’éloignent peu à peu les uns des autres. Ils se dispersent dans le solvant.

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La formule d’un solide ionique comporte le nombre minimal de cations et d’anions permettant la neutralité électrique. Elle commence toujours par la formule du cation.

Exemple

Le carbonate de sodium, Na2CO3, est constitué d’ions Na+ et d’ions CO32.