ChimieFiche 9 · Solubilité et produit de solubilitéDissolution et solubilité
Mécanique 1 · Tutoriel

Dissolution et solubilité

La mécanique à maîtriser avant de passer aux exercices.

per-mode=symbol *Thème 1 — Dissolution et solubilité

Quand on plonge un sel (un composé ionique) dans l'eau, celle-ci « casse » le cristal : les ions se séparent et partent en solution, entourés de molécules d'eau. Ce thème installe les deux outils de base de toute la fiche : écrire l'équation de dissolution avec les bons coefficients, et manier la solubilité ss (molaire et massique).

À retenirl'équation de dissolution

Un sel de formule MpXq\mathrm{M}_p\mathrm{X}_q (cation MXq+\ce{M^{q+}}, anion XXp−\ce{X^{p-}}) se dissout selon

MXpXXq(s)⇌p MXq+(aq)+q XXp−(aq).\ce{M_{p}X_{q}(s) <=> p M^{q+}(aq) + q X^{p-}(aq)}.

Le solide est noté (s)(s), les ions dissous (aq)(aq). Les coefficients pp et qq sont exactement les indices de la formule : une unité de sel libère pp cations et qq anions.

Piègene jamais oublier les coefficients

AgX3POX4\ce{Ag3PO4} libère 3 ions AgX+\ce{Ag+} (pas un seul) :

AgX3POX4(s)⇌3 AgX+(aq)+POX4X3−(aq).\ce{Ag3PO4(s) <=> 3 Ag^{+}(aq) + PO4^{3-}(aq)}.

Ce « 3 » est capital : il deviendra un exposant dans le produit de solubilité (Thème 2).

À retenirsolubilité molaire ss

La solubilité ss est le nombre maximal de moles de sel que l'on peut dissoudre dans un litre de solution, à une température donnée : au-delà, la solution est saturée et le surplus reste solide. À saturation, les concentrations des ions sont fixées par ss et la stœchiométrie :

[MXq+]=p set[XXp−]=q s.[\ce{M^{q+}}] = p\,s \qquad\text{et}\qquad [\ce{X^{p-}}] = q\,s.

Ainsi pour PbBrX2\ce{PbBr2} (p=1p=1, q=2q=2) : [PbX2+]=s[\ce{Pb^{2+}}]=s et [BrX−]=2s[\ce{Br-}]=2s.

À retenirsolubilité massique sms_m et conversion

La solubilité massique sms_m est la masse maximale dissoute par litre, en g/L\mathrm{g}/\mathrm{L}. On passe de l'une à l'autre par la masse molaire MM du sel :

 sm=s×M ⟺ s=smM \boxed{\,s_m = s\times M\,} \qquad\Longleftrightarrow\qquad \boxed{\,s = \dfrac{s_m}{M}\,}

Moyen mnémotechnique : sms_m est la solubilité « à la balance » (en g), ss est celle « des calculs » (en mol) — on passe de l'une à l'autre par MM, exactement comme pour une concentration.

Exempledu massique au molaire : PbBrX2\ce{PbBr2}

On donne sm(PbBrX2)=4.84 g/Ls_m(\ce{PbBr2})=4.84\,\mathrm{g}/\mathrm{L} et M(PbBrX2)=367.0 g/molM(\ce{PbBr2})=367.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}.

s=smM=4.84 g/L367.0 g/mol=1.32×10−2 mol/L.s = \dfrac{s_m}{M} = \dfrac{4.84\,\mathrm{g}/\mathrm{L}}{367.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}} = 1.32\times 10^{-2}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}.

Un litre d'eau saturée contient donc 1.32×10−2 mol1.32\times 10^{-2}\,\mathrm{mol} de PbBrX2\ce{PbBr2}, soit [PbX2+]=s[\ce{Pb^{2+}}]=s et [BrX−]=2s=2.64×10−2 mol/L[\ce{Br-}]=2s=2.64\times 10^{-2}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}.

Piège« insoluble » ne veut pas dire « zéro »

Même un sel réputé insoluble se dissout un peu : AgCl\ce{AgCl} a s≈1.3×10−5 mol/Ls\approx1.3\times 10^{-5}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}. Cette quantité minuscule mais bien réelle est l'objet de toute la fiche. On ne dit jamais « il ne se dissout pas du tout ».

Méthodedissoudre une quantité donnée : quel volume ?

La solubilité relie moles et volume par une simple règle de trois : dans 1 L1\,\mathrm{L} on dissout au plus ss moles. Pour dissoudre nn moles il faut donc

s×V=n⟹V=ns.s\times V = n \quad\Longrightarrow\quad V = \dfrac{n}{s}.
Remarque

La solubilité dépend de la température : il faut toujours la préciser. La plupart des sels sont plus solubles à chaud (dissolution endothermique) — comme le sucre dans un café brûlant.

Ensuite, 3 niveaux d'exercices :
FacileMoyenDifficile
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