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Chimie générale

Solutions, solubilité, propriétés colligatives

Décrire composition, saturation et solubilité selon la température ; relier les propriétés colligatives au nombre de particules dissoutes et aux limites du modèle idéal.

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IntuitionIntuition : particules et changement

Le sel semble disparaître dans l’eau, mais ses ions se dispersent dans le liquide. Si l’on ajoute assez de soluté, un solide non dissous subsiste à l’équilibre.

Les petites particules bleues de solvant traversent la membrane en pointillés ; les grosses particules rouges de soluté ne le peuvent pas. Le soluté reste d’un côté et l’encombre : c’est l’origine de la pression osmotique. Augmentez la température pour accélérer les particules.

ScolaireNiveau scolaire : modèles et règles

Définition: Idée clé

Une solution est un mélange homogène de solvant et de soluté. À température et pression données, une solution saturée est en équilibre avec le soluté non dissous ; la solubilité quantifie sa composition.

Pour une solution diluée idéale, la loi de Raoult donne pA=xApA∗p_A=x_Ap_A^\ast. Un soluté non volatil abaisse la fraction molaire et la pression de vapeur du solvant ; les mélanges réels peuvent s’écarter de l’idéalité.

Quatre effets colligatifs
EffetLoi en solution diluéeExemple courant
Abaissement de la pression de vapeurp_A = x_A p_A*un sirop s’évapore plus lentement
Élévation d’ébullitionΔT_b = iK_b ml’eau des pâtes bout un peu au-dessus de 100 °C
Abaissement de congélationΔT_f = iK_f mle sel fait fondre la glace
Pression osmotiqueΠ ≈ icRTles cellules se contractent ou gonflent selon le milieu
Π≈i cRT,ΔTb=iKbm,ΔTf=iKfm\Pi\approx i\,cRT,\qquad \Delta T_b=iK_bm,\qquad \Delta T_f=iK_fm

Exemple: Exemple résolu

Une solution contient 0,20 mol de soluté dans 0,50 L. Calculer sa concentration.

Solution

c = n/V = 0,20/0,50 = 0,40 mol L⁻¹. Utiliser le volume final de solution, non celui du solvant.

Exemple: Deuxième exemple

Un radiateur contient 1,0 kg d’eau et 0,62 mol d’éthylène glycol (non-électrolyte). Estimer l’abaissement de congélation avec K_f = 1,86 °C kg mol⁻¹.

Solution

m = 0,62 mol / 1,0 kg = 0,62 mol kg⁻¹ ; i = 1 pour un non-électrolyte ; ΔT_f = 1 × 1,86 × 0,62 ≈ 1,2 °C, donc la solution gèle vers −1,2 °C.

Dans les solutions diluées, l’élévation de l’ébullition et l’abaissement de la congélation sont presque proportionnels à la molalité : ΔTb=iKbm\Delta T_b=iK_bm et ΔTf=iKfm\Delta T_f=iK_fm. ii représente le nombre effectif de particules.

Pour les solutions diluées, les effets colligatifs dépendent du nombre de particules dissoutes, pas de leur nature : 1 mol de saccharose et 1 mol d’autre non-électrolyte donnent la même cryoscopie. Les électrolytes dissocient et ont un facteur i plus grand.

UniversitaireApprofondissement

À un niveau plus approfondi, classez les observations selon les particules et les invariants. Choisissez le modèle le plus simple qui rende compte des mesures.

Exemple: Exemple de calcul / d’application

Calculer la pression osmotique à 25 °C (298 K) d’une solution aqueuse de saccharose à 0,050 mol/L (non-électrolyte, i = 1). R = 0,0821 L·atm/(mol·K).

Solution

Π = i c R T = 1 × 0,050 mol/L × 0,0821 L·atm/(mol·K) × 298 K ≈ 1,22 atm (environ 124 kPa).

Références