Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Fiche de révision : Cohésion et solubilité des espèces chimiques
Cohésion des solides ioniques et moléculaires ; interactions de Van der Waals et liaison hydrogène ; dissolution d’un solide ionique dans l’eau et concentrations des ions ; solubilité et miscibilité ; extraction liquide-liquide ; espèces hydrophiles, lipophiles et amphiphiles, propriétés des savons.
Cohésion et solubilité des espèces chimiques
Fiche méthode
(Physique-chimie 1re spécialité · Constitution et transformations de la matière · De la structure aux propriétés)
La démarche pour toute question de cohésion ou de solubilité
1. J’identifie les entités : ions, molécules polaires ou apolaires ; un H lié à N, O ou F ?
2. Je nomme les interactions : électrostatique entre ions, liaisons hydrogène, Van der Waals.
3. Je compare : intensité des interactions (températures de changement d’état), ou interactions soluté–solvant et internes (solubilité, miscibilité).
4. Je conclus par une phrase qui nomme l’interaction en jeu, avec les valeurs de l’énoncé.
Cas 1 · Expliquer la cohésion d’un solide
Réflexe — ions → interaction électrostatique ; molécules → Van der Waals, plus liaisons hydrogène si H lié à N, O ou F.
Exemple. Le fluorure de lithium LiF fond à 845 °C, la glace à 0 °C. Quelles interactions ?
LiF : ions Li⁺ et F⁻, interaction électrostatique. Glace : molécules H₂O, liaisons hydrogène et Van der Waals, bien moins intenses : d’où l’écart de températures de fusion.
Attention — une fusion ne rompt aucune liaison covalente.
Cas 2 · Comparer des températures de changement d’état
Réflexe — liaisons hydrogène d’abord, puis nombre d’électrons et surface de contact.
Exemple. Méthanol CH₃OH : 65 °C ; méthanethiol CH₃SH : 6 °C. Expliquer.
CH₃SH a plus d’électrons (Van der Waals un peu plus intenses), mais seul CH₃OH a un H lié à O : ses liaisons hydrogène expliquent qu’il bout plus haut (S est trop peu électronégatif).
Attention — un H lié à C ou à S ne forme pas de liaison hydrogène.
Cas 3 · Concentrations des ions après dissolution
Réflexe — équation (s) → (aq), c = n ÷ V, [ion] = coefficient × c, électroneutralité.
Exemple. 0,0300 mol de nitrate de calcium Ca(NO₃)₂ dissous dans 200,0 mL.
Ca(NO₃)₂(s) → Ca²⁺(aq) + 2 NO₃⁻(aq) ; c = 0,0300 ÷ 0,2000 = 0,150 mol·L⁻¹.
[Ca²⁺] = 0,150 mol·L⁻¹ ; [NO₃⁻] = 0,300 mol·L⁻¹ ; 2 × 0,150 = 0,300 ✓.
Attention — les indices de la formule deviennent des coefficients : 2 NO₃⁻, pas (NO₃)₂⁻.
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Cas 4 · Prévoir une solubilité ou une miscibilité
Réflexe — même type d’interactions dans le soluté, le solvant et entre eux → soluble ou miscible.
Exemple. L’éthane-1,2-diol HO–CH₂–CH₂–OH (antigel), mélangé à l’eau, puis à une huile ?
Deux groupes –OH : liaisons hydrogène avec l’eau, comme au sein de chacun des deux liquides : miscible à l’eau, une seule phase. Avec l’huile, apolaire, il faudrait rompre ses liaisons hydrogène sans compensation : deux phases.
Attention — un liquide apolaire et l’eau forment deux phases.
Cas 5 · Choisir un solvant extracteur
Réflexe — non miscible au solvant initial, espèce bien plus soluble, moins dangereux ; densité → position des phases.
Exemple. Solubilités de l’espèce E : 2 g·L⁻¹ dans l’eau ; 300 g·L⁻¹ dans la propanone (miscible à l’eau) ; 150 g·L⁻¹ dans le dichlorométhane (non miscible, d = 1,33).
La propanone, miscible à l’eau, est écartée. Dichlorométhane retenu (E 75 fois plus soluble que dans l’eau) ; d = 1,33 > 1 : phase organique en bas.
Attention — « plus soluble » ne suffit pas : il faut d’abord deux phases.
Cas 6 · Reconnaître une espèce amphiphile
Réflexe — partie chargée ou polaire = hydrophile ; chaîne carbonée = lipophile ; les deux → amphiphile.
Exemple. L’ion myristate CH₃–(CH₂)₁₂–COO⁻.
Tête –COO⁻ hydrophile, chaîne CH₃–(CH₂)₁₂– lipophile : ion amphiphile. Dans l’eau : micelles, chaînes au centre, têtes vers l’eau.
Attention — le savon disperse la graisse, il ne la transforme pas.
Les pièges
- Dire qu’une ébullition rompt des liaisons covalentes.
- Réserver les interactions de Van der Waals aux molécules polaires.
- Compter une liaison hydrogène avec un H lié à C.
- Confondre concentration apportée et concentration d’un ion.
- Choisir un solvant extracteur miscible au solvant initial.
- Placer la phase organique toujours en haut.
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