Dissolution des solides ioniques dans l’eau

La solubilité d’une espèce chimique dans un solvant dépend du type de solvant. L’équation de réaction de dissolution permet de calculer les concentrations des ions en solution aqueuse.

I Solubilité d’un solide et dissolution d’un solide ionique

La solubilité d’un solide (moléculaire ou ionique) dans un solvant est fonction des interactions électrostatiques établies entre ses entités constitutives et les molécules du solvant. Les solides ioniques et les solutés moléculaires polaires sont solubles dans les solvants polaires et les solutés moléculaires apolaires sont solubles dans les solvants apolaires.

Repère
À noter

La molécule d’eau est polaire : l’eau est un très bon solvant pour les solides ioniques.

La dissolution d’un solide ionique dans l’eau s’effectue en trois étapes : la dissociation des ions du solide ionique , la solvatation ou hydratation des ions , puis la dispersion des ions dans la solution .

II Équation de réaction de dissolution

La dissolution d’un solide ionique dans l’eau peut être modélisée par une équation de réaction de dissolution. Pour un solide ionique de formule générale XnYm constitué des ions Xm⁺ et Yn^–, cette équation s’écrit :

${\text{X}}_n{\text{Y}}_m{}_{\left(\text{s}\right)}\stackrel{\text{eau}}{ \to } n {\text{X}}^{m+}{}_{\left(\text{aq}\right)}+m {\text{Y}}^{n–}{}_{\left(\text{aq}\right)}$

Les concentrations en quantité de matière des ions dans la solution aqueuse sont notées [Xm⁺] et [Yn^–]. Elles ont pour expression :

$\left[{\text{X}}^{n+}\right]=\frac{n\left({\text{X}}^{n+}\right)}{V_{\text{solution}}}\text{ et }\left[Y^{m–}\right]=\frac{n\left({\text{Y}}^{m–}\right)}{V_{\text{solution}}}$

Les concentrations sont en mol·L^–1, les quantités de matière en mol et le volume en L.

Méthode

Établir une équation de réaction de dissolution, puis calculer la concentration d’un ion en solution

On réalise la dissolution dans l’eau du chlorure d’aluminium AlCl3(s), constitué des ions aluminium Al³⁺ et chlorure Cl^–. On prépare une solution aqueuse de volume Vsolution = 200 mL.

On a dissous une quantité de chlorure d’aluminium n1 = 4,0 × 10⁻³ mol.

a. Déterminer l’équation de la réaction de dissolution.

b. Calculer pour la solution aqueuse préparée, les concentrations de chacun des ions.

Repère
Conseils

a. Rappelez-vous qu’une équation de réaction doit respecter la conservation des éléments chimiques et de la charge électrique .

b. Utilisez les relations de proportionnalité induites par les coefficients stœchiométriques apparaissant dans les équations de réaction de dissolution entre le soluté solide et les ions en solution aqueuse.

solution

a. L’équation de la réaction de dissolution du chlorure d’aluminium s’écrit :

${\text{AlCl}}_3{}_{\left(\text{s}\right)}\stackrel{\text{eau}}{\to }{\text{Al}}^{3+}{}_{\left(\text{aq}\right)}+3 {\text{Cl}}^{–}{}_{\left(\text{aq}\right)}$

b. Les concentrations en quantité de matière des ions dans la solution aqueuse de chlorure d’aluminium ont pour expression :

$\left[{\text{Al}}^{3+}\right]=\frac{n\left({\text{Al}}^{3+}\right)}{V_{\text{solution}}}\text{ et }\left[{\text{Cl}}^{–}\right]=\frac{n\left({\text{Cl}}^{–}\right)}{V_{\text{solution}}}\text{avec }{V}_{\text{solution}}=200 \text{mL}=\mathrm{0,200}\text{ L}$

D’après l’équation de la réaction de dissolution, les relations entre les quantités de matière du soluté ionique et des ions ont pour expression :

$n\left({\text{Al}}^{3+}\right)=n\left({\text{AlCl}}_3\right) \text{et }n\left({\text{Cl}}^{–}\right)=3\times n\left({\text{AlCl}}_3\right)$

On calcule les concentrations en quantité de matière de chaque ion :

$\left[{\text{Al}}^{3+}\right]=\frac{n_1}{V_{\text{solution}}}=\frac{\mathrm{4,0}\times {10}^{–3}}{\mathrm{0,200}}=\mathrm{2,0}\times {10}^{–2}\text{mol}·{\text{L}}^{–1}$

$\left[{\text{Cl}}^{–}\right]=\frac{3\times n_1}{V_{\text{solution}}}=\frac{3\times \mathrm{4,0}\times {10}^{\text{–}3}}{\mathrm{0,200}}=\mathrm{6,0}\times {10}^{–2}\text{mol}·{\text{L}}^{–1}$