Cohésion et solubilité des espèces chimiques

1. a)KBr, formé d’ions K⁺ et Br⁻, est un solide ionique. Le glucose et le cyclohexane, formés de molécules, sont des solides moléculaires. (1)
2. b)KBr : interaction électrostatique entre ions de signes opposés. Glucose : liaisons hydrogène entre groupes –OH et interactions de Van der Waals. Cyclohexane, apolaire et sans H lié à N, O ou F : Van der Waals seulement. (1)
3. c)Interaction entre ions ≫ liaisons hydrogène > Van der Waals : plus les interactions sont intenses, plus il faut d’énergie pour séparer les entités, d’où 734 °C > 146 °C > 6,5 °C. (1)
4. d)Dans le solide, les ions sont immobiles dans le cristal. Après dissolution, ils sont dissociés, solvatés et dispersés : ces ions mobiles transportent le courant. (1)

Méthode — La nature des entités (ions ou molécules, H lié à N, O ou F) donne les interactions ; leur intensité classe les températures de fusion.

1. a)K₂SO₄(s) → 2 K⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) : deux ions K⁺ compensent les deux charges − de l’ion sulfate. (1)
2. b)M = 2 × 39,1 + 32,1 + 4 × 16,0 = 174,3 g·mol⁻¹ ; n = 4,36 ÷ 174,3 ≈ 2,50 × 10⁻² mol ; c = n ÷ V ≈ 2,501 × 10⁻² ÷ 0,2500 ≈ 0,100 mol·L⁻¹. (1)
3. c)[K⁺] = 2c = 0,200 mol·L⁻¹ ; [SO₄²⁻] = c = 0,100 mol·L⁻¹. Charges : 1 × 0,200 = 2 × 0,100 : la solution est électriquement neutre. (1)
4. d)c = [K⁺] ÷ 2 = 0,0200 mol·L⁻¹ ; n = 0,0200 × 0,5000, soit 1,00 × 10⁻² mol ; m = 1,00 × 10⁻² × 174,3 ≈ 1,74 g. (1)

Erreur fréquente — Prendre [K⁺] pour la concentration apportée : on pèserait deux fois trop de solide.

1. a)L’éthanol est miscible à l’eau : une seule phase se formerait, aucune séparation n’est possible, même si la carvone y est très soluble. (1)
2. b)Les deux sont non miscibles à l’eau et dissolvent très bien la carvone ; à efficacité égale, on choisit le moins dangereux : l’heptane. (1)
3. c)Heptane (d = 0,68) moins dense que l’eau : phase organique en haut, qui contient la carvone ; phase aqueuse en bas. (1)
4. d)La phase inférieure est la phase aqueuse, plus dense : elle ne contient qu’un reste de carvone. Il fallait garder la phase supérieure. (1)

Le point clé — D’abord non miscible, ensuite meilleur solvant, enfin le moins dangereux ; la densité place les phases.

1. a)Ses huit groupes –OH forment de nombreuses liaisons hydrogène avec l’eau (par leurs H et par les doublets de leurs atomes O) : ces interactions soluté–solvant remplacent celles du cristal. (1)
2. b)C₁₂H₂₂O₁₁(s) → C₁₂H₂₂O₁₁(aq) : espèce moléculaire, ses molécules restent entières ; aucun ion n’est libéré pour porter le courant. (1)
3. c)Masse maximale : 2,0 × 10³ × 0,0800 = 1,6 × 10² g < 185 g : non, environ 25 g restent au fond ; la solution est saturée. (1)
4. d)Le cyclohexane est apolaire : il ne forme aucune liaison hydrogène avec les groupes –OH ; les interactions saccharose–solvant sont trop faibles pour séparer les molécules du cristal. (1)

Astuce — Masse maximale dissoute = solubilité × volume de solvant ; au-delà, le solide reste et la solution est saturée.

1. a)Tête –O–SO₃⁻, chargée : hydrophile. Chaîne CH₃–(CH₂)₁₁– : lipophile. L’ion est amphiphile. (1)
2. b)À la surface : têtes ioniques dans l’eau, chaînes vers l’air. Micelle : sphère dont les chaînes sont regroupées au centre, à l’abri de l’eau, et dont les têtes forment la surface, au contact de l’eau. (1)
3. c)n = 1,00 ÷ 288,4 ≈ 3,47 × 10⁻³ mol ; c = 3,467 × 10⁻³ ÷ 0,2500 ≈ 1,39 × 10⁻² mol·L⁻¹, soit 13,9 mmol·L⁻¹ > 8,2 mmol·L⁻¹ : la solution contient des micelles. (1)
4. d)Les chaînes lipophiles pénètrent dans chaque gouttelette d’huile, les têtes restent tournées vers l’eau : les gouttelettes, entourées de charges de même signe, se repoussent et ne se regroupent pas. (1)

Le point clé — Un tensioactif ne transforme pas l’huile : il l’entoure, chaînes dedans, têtes dehors, et la disperse dans l’eau.