Interactions électrostatiques au sein de la matière (suite)

Interactions électrostatiques au sein de la matière (suite)
III. Cohésion des ions au sein des composés ioniques :
1. Composé ionique :
Un composé ionique est un empilement régulier d’un très grand nombre d’anions et de cations,
l’ensemble étant électriquement neutre.
La formule indique les proportions des ions constituant le composé (formule statistique) ; elle
s’établit en respectant la neutralité électrique.
Exemple :
le carbonate de calcium
dont la formule est CaCO3,
formé d’ions Ca2+ (gris) et
CO32- (gris clair et rouge), les
proportions étant 1 pour
2. Formule d’un composé ionique :
Ions présents
Proportions
Formule
Cation
Anion
X cations pour Y anions
Chlorure de sodium
Nitrate d’argent
Sulfate de cuivre II
Hydroxyde de calcium
Chlorure de cuivre II
Sulfate d’aluminium
Sulfate d’ammonium
3. Cohésion d’un cristal ionique :
La cohésion du cristal ionique est assurée par des
liaisons de type électrostatique.
En raison de la géométrie du cristal, chaque ion
Na+ est repoussé de la même façon par les autres
ions Na+ dans toutes les directions de l’espace, et
attiré de la même façon par les ions Cl- dans
toutes les directions de l’espace. Il est donc dans
une position d’équilibre.
Na+
Cl-

IV. Interaction entre un composé ionique et un solvant polaire : réaction de dissolution des
composés ioniques
1. Mécanisme de dissolution du composé ionique dans l’eau :
 1er effet de l’eau : dislocation du cristal :
La molécule d’eau s’intercalant dans les interstices induit des déséquilibres électrostatiques. La
cohésion du cristal est perturbée par les forces qui apparaissent entre les ions et le solvant. Le
cristal se disloque ce qui signifie que les ions se séparent les uns des autres.
 2ème effet de l’eau : hydratation :
Chaque ion s’entoure d’un cortège de molécules d’eau. En effet l’eau se répartie autour de l’ion
sous l’effet des interactions électrostatiques :
Cas des anions :
Cas de cations :
Cas particulier : hydratation du proton H+
Le proton H+ interagit si fortement avec l’eau qu’il se lie avec une molécule en établissant une
liaison covalente. Il forme alors l’ion hydronium ou oxonium, qui s’hydrate à son tour.
Equation de la réaction associée :
  aq
OHHOH 32
 3ème étape : Dispersion des ions solvatés (accélérés par l’agitation)
 Remarque : la dissolution d’un cristal moléculaire suit les mêmes étapes que celle d’un cristal
ionique. Les interactions de Van des Waals entre les ions et le solvant déséquilibrent les forces
électrostatiques
2δ-
O
H
H
H+
O
H
H
+
H
+
_

2. Equation de la réaction de dissolution et formule de la solution :
Exemples :
Nom / formule
Equation de la réaction de dissolution
formule de la solution
Chlorure de sodium
Chlorure de cuivre
Sulfate d’aluminium
Remarques :
 Les proportions d’ions qui constituent le cristal se retrouvent évidemment dans la
solution.
 L’indice aq rend compte de l’hydratation des ions
3. Concentration en soluté apporté :
Il s’agit de ce qu’on appelait jusqu’à maintenant la concentration de la solution.
C’est la quantité de soluté introduite pour fabriquer 1,0L de solution.
Cette quantité de matière peut être calculée en mol ou en masse ; on distingue alors :
 Concentration molaire : Se calcule de façon suivante :
 Concentration massique (ou titre massique) : Se calcule de façon suivante :
4. Concentration effective en espèce présente en solution :
Une fois le soluté dissous, ce soluté n’existe plus dans la solution ; ce sont les ions du cristal disloqué
qui sont effectivement présents dans la solution.
On peut calculer leurs concentrations molaires effectives : c’est la quantité d’une certaine entité
chimique qui existe dans 1,0L de solution prête. Elle se note [ ] et non plus « C ».
Exemple :
On dissout 1,00.10-1 mol de Chlorure de cuivre II dans de l’eau. Le volume de la solution finale est
250,0mL.
Equation de la réaction de dissolution :
Tableau d’avancement associé à cette réaction de dissolution :
x = 0
(avant la dissolution)
2
CuCl
n
xmax
(lorsque tout est
dissout)
D’après le tableau d’avancement :
2
max CuCl
nx 

 Concentration molaire en soluté apporté de la solution :
 Concentration molaire effective en ions Cu2+ :
 Concentration molaire effective en ions Cl- :
 Remarque :
0
2CuCl
V. Miscibilité et solubilité d’une espèce chimique
1. Solubilité d’une espèce chimique :
La solubilité est la concentration maximale en soluté apporté que peut atteindre une solution. Elle
correspond à la quantité maximale (ou masse maximale) de soluté qu’on peut dissoudre dans 1L de
solvant.
La solubilité est définie pour un certain soluté dans un certain solvant :
 La solubilité d’une espèce polaire ou ionique est plus élevée dans un solvant polaire que dans un
solvant apolaire.
 La solubilité d’une espèce apolaire est plus élevée dans un solvant apolaire que dans un solvant
polaire.
2. Miscibilité :
Lorsqu’un soluté est soluble dans un solvant en toute proportion, on parle de miscibilité entre les
deux espèces chimiques.
a. Miscibilité à l’eau : molécules hydrophiles ou hydrophobes :
Les molécules organiques contenant des atomes d’hydrogène portés par des atomes d’oxygène,
d’azote ou de fluor vont avoir tendance à se lier entre elles et aux molécules d’eau grâce aux
liaisons hydrogènes : elles sont hydrophiles.
Les molécules organiques contenant de longues chaînes carbonées ne peuvent pas créer de
liaisons hydrogènes avec les molécules d’eau et les molécules hydrophiles. Elles ne se mélangent
donc pas et sont dites hydrophobes.
Les molécules hydrophiles et les molécules hydrophobes ne sont pas miscibles.
Parmi les molécules suivantes, quelles sont celles qui sont miscibles à l’eau et celles qui sont
hydrophobes ?
cyclohexane
pentane
trichlorométhane
ammoniac

b. Le tableau suivant donne la solubilité de différents alcools à 20° . Expliquer l’évolution de cette
solubilité.
Formule brute
Alcool
Solubilité dans l’eau à 20°C (g.L-1)
CH3OH
Méthanol
Miscible
C2H5OH
Ethanol
Miscible
C3H7OH
Propan-1-ol
Miscible
C4H9OH
Butan-1-ol
77
C5H22OH
Pentan-1-ol
22
C6H13OH
Hexanol
5,9
3. Application :
On dispose d’une solution aqueuse contenant du diiode et du sulfate de cuivre II. Vous disposez du
matériel et des solutions suivantes suivant :
- Béchers
- Cyclohexane
- Ampoule à décanter
- Eprouvette graduée
Proposer une méthode qui permet de séparer le diiode du sulfate de cuivre II. Justifer la démarche.
Rappel : Calcul de dilution
On désire préparer 500mL de solution d’acide chlorhydrique de concentration Cf = 5,0×10-1mol.L-1 à
partir d’une solution commerciale de concentration Ci = 10,0mol.L-1.
Le problème est de définir quel volume v il faut prélever de solution commerciale
Facteur de dilution F : C’est le nombre de fois que la solution est diluée :
formule :
Calcul du volume à prélever :
Volume à prélever : v
Concentration :
Solution « mère » :
Concentration :
Solution « fille » :
Concentration :
Volume :