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La solubilité d'un solide dans l'eau

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Objectifs

Estimer expérimentalement la valeur de la solubilité d’un solide dans l’eau.
Observation microscopique de la solubilité.
Différencier solubilité et miscibilité.

Niveau préconisé : 3^e

Points clés

Dans une solution il y a un soluté (particules solides) et un solvant (généralement l’eau). Dans ce cas la solution est dite aqueuse.
Lorsqu'un solide ne peut plus se dissoudre, on dit que la solution est saturée.
La solubilité caractérise la possibilité d’une espèce chimique solide à pouvoir se dissoudre dans un liquide. Elle s’exprime généralement en g/L.
La saturation d’une solution est obtenue lorsqu’une quantité supplémentaire de solide ne peut plus se dissoudre dans le liquide. Les différentes espèces chimiques ont des limites de solubilité différentes.
Il est courant de confondre solubilité et miscibilité. La différence s’explique au niveau microscopique (molécules ou ions) :
- Pour la solubilité : les molécules de la substance introduite dans la substance se transforment en ions et deviennent des particules indépendantes qui se répartissent de façon aléatoire et homogène.
- Pour la miscibilité : les molécules de chacun des liquides restent entières, mais se répartissent de façon aléatoire et homogène.

1. Qu'est-ce que la solubilité ?

La solubilité est la capacité d’une substance (le soluté) à passer ou à se dissoudre dans une autre substance (le solvant).
On exprime généralement la solubilité en g/L.

Exemple

Solubilité du sel dans l'eau

On ne peut pas dissoudre n’importe quelle masse de soluté (substance chimique solide) dans un volume donné de solvant (substance chimique majoritaire). Il y a une quantité limitée et lorsqu'on la dépasse, on dit que la solution est saturée.

Dans ce cas le solide ne se dissout plus et reste alors visible.

Exemple

Saturation de l'eau en sel

Remarque
La solubilité concerne un solide dans un liquide, mais aussi un gaz dans un liquide (eau gazéifiée par exemple) ou un liquide dans un autre liquide.

2. Estimer expérimentalement la valeur de solubilité

Si on dépasse une quantité limite de masse de soluté qui peut être dissout dans un volume donné de solvant, la solution est saturée.

On peut déterminer la valeur de la solubilité maximale d’une espèce chimique dans un liquide, en appliquant le protocole suivant.

Protocole pour déterminer la limite de dissolution :

Pour une quantité d'eau de 200 mL placée dans une éprouvette graduée, on ajoute progressivement du sel par quantité de 10 g jusqu'à environ 60 g.
Puis on diminue les quantités de sel en ajoutant 2 g par 2 g jusqu'à ce que le sel ne se dissolve plus.

Détermination expérimentale du seuil de solubilité du sel dans l'eau

Observation

On remarque que le sel ne se dissout plus lorsqu'on a versé 68 g.

On en déduit alors que la limite de solubilité du sel à température ambiante dans l’eau est égale à 68 g pour 200 mL, soit 340 g (6 × 85) par litre d’eau.

Remarque
La méthode décrite ci-dessus considère que le volume total (eau + sel) n’a pas varié par rapport au volume de départ.

Voici quelques exemples du seuil de solubilité de différentes espèces chimiques, dans l’eau, à la température de 20 °C.

Composés chimiques	Chlorure de sodium (sel)	Diiode	Carbonate de calcium	Sulfate de cuivre
Solubilité (en g/L)	360	0,33	0,0153	220

Remarque
La solubilité d’une substance varie avec de nombreux paramètres dont la température, la pression et bien d’autres encore.

3. Observation microscopique de la solubilité

Une espèce chimique est dite soluble lorsque toutes les molécules de l’espèce se transforment en deux formes ioniques différentes, en ions positifs (cations) et en ions négatifs (anions).

Dans ce cas, les différents ions se répartissent de façon aléatoire et homogène, dans tout le volume de la solution.

Exemple : La solubilité du sel (solide) dans l’eau (liquide).
Les cristaux de sel (sous la forme de molécules) se dissolvent dans l’eau et se transforment en ions (ions chlorures et en ions sodium).

Solubilité du sel dans l'eau

Remarque
Il est courant de confondre solubilité et miscibilité. La différence s’explique au niveau microscopique.
Pour la miscibilité, les molécules de chacun des liquides restent entières (elles ne se transforment pas), mais se répartissent de façon aléatoire et homogène.

Exemple

Miscibilité d'un alcool dans l'eau

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