9.1: Mélanges et Solutions

Une solution est un autre nom pour un mélange homogène. Un mélange en tant que matériau composé de deux substances ou plus. Dans une solution, la combinaison est si intime que les différentes substances ne peuvent pas être différenciées par la vue, même avec un microscope. Comparez, par exemple, un mélange de sel et de poivre et un autre mélange composé de sel et d’eau. Dans le premier mélange, on peut facilement voir des grains de sel individuels et les taches de poivre. Un mélange de sel et de poivre n’est pas une solution. Cependant, dans le deuxième mélange, peu importe avec quel soin nous regardons, nous ne pouvons pas voir deux substances différentes. Le sel dissous dans l’eau est une solution.

Le composant principal d’une solution, appelé solvant, est généralement la même phase que la solution elle-même. Chaque composant mineur d’une solution (et il peut y en avoir plus d’un) est appelé soluté. Dans la plupart des solutions que nous décrirons dans ce manuel, il n’y aura aucune ambiguïté quant à savoir si un composant est le solvant ou le soluté. Par exemple, dans une solution de sel dans l’eau, le soluté est du sel et le solvant est de l’eau.

Les solutions se présentent dans toutes les phases, et le solvant et le soluté n’ont pas besoin d’être dans la même phase pour former une solution (comme le sel et l’eau). Par exemple, l’air est une solution gazeuse d’environ 80% d’azote et d’environ 20% d’oxygène, certains autres gaz étant présents en quantités beaucoup plus faibles. Un alliage est une solution solide constituée d’un métal (comme le fer) avec d’autres métaux ou non-métaux dissous dans celui-ci. L’acier, un alliage de fer et de carbone et de petites quantités d’autres métaux, est un exemple de solution solide. La table \(\PageIndex{1}\) répertorie certains types de solutions courants, avec des exemples de chacune.

Qu’est-ce qui provoque la formation d’une solution? La réponse simple est que le solvant et le soluté doivent avoir des interactions intermoléculaires similaires. Lorsque c’est le cas, les particules individuelles de solvant et de soluté peuvent facilement se mélanger si intimement que chaque particule de soluté est entourée de particules de soluté, formant une solution. Cependant, si deux substances ont des interactions intermoléculaires très différentes, de grandes quantités d’énergie sont nécessaires pour forcer leurs particules individuelles à se mélanger intimement, de sorte qu’une solution ne se forme pas. Ainsi, deux alcanes comme le n-heptane, C7H16, et le n-hexane, C6H14, sont complètement miscibles dans toutes les proportions. Les molécules C7H16 et C6H14 sont si similaires (rappel Section 4.6) qu’il n’y a que des différences négligeables dans les forces intermoléculaires.

Pour une raison similaire, le méthanol, le CH3OH, est complètement miscible avec l’eau. Dans ce cas, les deux molécules sont polaires et peuvent former des liaisons hydrogène entre elles, et il y a donc de fortes attractions intermoléculaires dans chaque liquide. Cependant, les dipôles de CH3OH peuvent s’aligner sur les dipôles de H2O, et les molécules de CH3OH peuvent se lier d’hydrogène aux molécules de H2O, et ainsi les attractions parmi les molécules différentes de la solution sont similaires à celles parmi les molécules similaires dans chaque liquide pur.

Ce processus conduit à une règle empirique simple: comme se dissout comme. Les solvants très polaires dissoudront les solutés très polaires ou même ioniques. Les solvants non polaires dissoudront les solutés non polaires. Ainsi, l’eau, étant polaire, est un bon solvant pour les composés ioniques et les solutés polaires comme l’éthanol (C2H5OH). Cependant, l’eau ne dissout pas les solutés apolaires, tels que de nombreuses huiles et graisses (Figure \(\PageIndex{1}\)).

Nous utilisons le mot soluble pour décrire un soluté qui se dissout dans un solvant particulier, et le mot insoluble pour un soluté qui ne se dissout pas dans un solvant. Ainsi, on dit que le chlorure de sodium est soluble dans l’eau mais insoluble dans l’hexane (C6H14). Si le soluté et le solvant sont à la fois liquides et solubles dans n’importe quelle proportion, nous utilisons le mot miscible et le mot non miscible s’ils ne le sont pas.

Exercice \(\PageIndex{2}\)

I2 serait-il plus soluble dans CCl4 ou H2O?

Réponse

I2 est non polaire. Des deux solvants, CCl4 est apolaire et H2O est polaire, donc I2 devrait être plus soluble dans CCl4.