Les solutions électrolytiques

Les solutions électrolytiques

1. Compléments sur la constitution de la matière

On a vu que la matière est composée d’atomes, mais il nous faut préciser un peu les choses. Il existe essentiellement trois types d’assemblages, ainsi que quelques formes dérivées en fonction de l’état où ils se trouvent (i.e. : solide, liquide ou gaz).

1.1. Les assemblages atomiques (exemple : les métaux)

Dans cette forme les éléments se trouvent sous forme atomique, c’est-à-dire avec le même nombre de protons et d’électrons, donc électriquement neutre.

Sous forme solide, ils s’empilent les uns sur les autres en essayant de prendre le moins de place possible. Ils adoptent donc une configuration ordonnée et relativement stable, très compact. Il s’agit d’un état dense et ordonné.

Les atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes. Une liaison covalente est une mise en commun de deux électrons. Il s’agit d’une liaison très solide.

Si on chauffe un solide, les atomes n’arrivent plus à rester ordonnés et peu à peu s’éloignent les uns des autres. On passe alors successivement à l’état liquide, puis à l’état gazeux.

Solide Liquide Gaz

(compact et ordonné) (compact et désordonné) (dilué et désordonné) Remarque : On peut, par exemple, à l’aide de ce modèle et en tenant compte du fait que les atomes sont électriquement neutres, expliquer que les métaux soient mous, c’est-à- dire peuvent se déformer si on leur applique des contraintes. (Voir 1.3 les assemblages ioniques)

1.2. Les assemblages moléculaires (exemple : l’eau)

Les assemblages peuvent également se présenter sous forme moléculaire. C’est-à- dire que dans un premier temps les atomes s’assemblent en petits assemblages, des molécules. Puis les molécules s’assemblent entre elles. Dans la forme solide, ce sont cette fois les molécules qui sont ordonnées, bien que généralement l’ordre ne soit pas aussi élevé que dans les structures atomiques.

A l’intérieur des molécules, les atomes sont liés par des liaisons covalentes. Par contre les molécules sont liées entre elles par des liaisons électriques (ou interactions coulombiennes)

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1.3. Les assemblages ioniques (exemple : le chlorure de sodium)

Les éléments ayant perdus ou gagnés un ou plusieurs électrons, les ions, s’assemblent entre eux afin de constituer, sous forme solide, les solides ou cristaux ioniques.

Les ions étant chargés électriquement, il existe des forces de répulsion ou d’attraction, ce qui complique la physique de ces matériaux. On se limite donc dans ce cours à l’étude des solides ioniques et des solutions obtenues lors de leur dissolution dans un solvant : les solutions ioniques.

Les ions sont liés entre eux par des interactions électriques (coulombiennes) de type

²

2 1

d Q k Q

F = ×

Comment est constitué un solide ionique ? Un assemblage chargé électriquement n’est pas stable, et la matière doit donc être globalement neutre. En conséquence, un solide ionique doit comporter autant de charges positives que de charges négatives.

Exemple : NaCl composé de Na⁺ et CL^-. Les deux ions portent une seule charge, il y a donc autant d’ions Na⁺ que d’ion Cl^-. Par contre dans le chlorure de cuivre CuCl2, on a Cu²⁺ et Cl^-. Le cuivre porte 2 charges et le chlore une seule, il y a donc deux fois plus de chlore que de cuivre pour que la neutralité soit respectée.

D’autre part, à cause des répulsions existant entre des ions de mêmes signes, ce sont des ions de signes opposés qui doivent se faire face.

Remarque

: grace à ce modèle, on explique pourquoi les métaux se déforment, alors que les cristaux ioniques cassent.

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2. Les molécules polaires

2.1. La molécule d’eau

 Comment interpréter la déviation de l’eau en présence de charges électriques ? Interprétation : Structure de la molécule

d’eau 

On note la présence de deux liaisons covalentes. En « réalité », les électrons ne sont pas équitablement partagés entre les deux atomes. Dans le cas de l’eau ils sont plus attirés par l’oxygène que par l’hydrogène. Les liaisons sont alors polarisées, c’est-à-dire apparaissent tel un dipôle chargé positivement du côté de l’hydrogène et négativement du côté de l’oxygène. On obtient alors la molécule suivante :

La liaison O-H est polarisée. Le barycentre des charges négatives et celui des charges positives ne sont plus au même endroit, donc la molécule d’eau est une molécule polaire, et l’eau un solvant polaire.

Remarque

: En réalité le problème est un peu plus compliqué, car le caractère polaire dépend également de la géométrie des molécules. Nous allons voir ce problème.

2.2.Notion d’électronégativité

Cette capacité pour un atome a attirer plus ou moins les électrons s’appelle l’électronégativité. Elle dépend de la structure de l’atome en question et par conséquent de sa position dans le tableau de Mendeleïev.

3. Solutions aqueuses électrolytiques

3.1. Définition

Une solution = dissolution d’un soluté dans un solvant.

Si la solution obtenue contient des ions, il s’agit d’une solution ionique ou électrolytique. Elle conduit alors le courant électrique.

3.2.Dissolution : le mécanisme

3 étapes :

- la dissociation : sous l’action électrostatique du solvant, les ions du cristal se séparent.

- la solvatation : les molécules d’eau attirées par les ions les entourent d’un

«bouclier ».

- la dispersion : les ions hydratées se dispersent dans la solution.

δ

δ

2δ

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3.3.La saturation

La quantité maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans un solvant est appelée solubilité de ce soluté. Elle dépend du solvant et généralement de la température.

La saturation :

Lorsque la quantité de soluté introduite dépasse la valeur de la solubilité, celui ci ne peut plus se dissoudre, la solution est saturée.

Exemple :

A 20°C, la solubilité de NaCl est d’environ 360g/L .

3.4.Equation chimique de la dissolution

Le phénomène de dissolution est une transformation chimique, à laquelle on associe une équation chimique.

Exemple :

NaCl(s) →Na⁺(aq) + Cl^- (aq)