La solubilité





  1. Définition n°1 (qualitative)
  2. Définition n°2 (quantitative)
  3. Définition n°3 (solubilité et saturation)
  4. Facteurs ayant une influence sur la solubilité
  5. Calculer une solubilité
  6. Masse maximale de soluté soluble
  7. Convertir une solubilité
  8. Estimer une solubilité
  9. Influence de la température
  10. Influence de la pression
  11. Influence du pH
  12. Solubilité et méthodes d’extraction
  13. Solubilité et tests de précipitation

Définition n°1 (qualitative)



La solubilité est une caractéristique qualitative utilisée pour décrire le comportement d’une espèce chimique vis à vis d’un solvant.

Elle désigne la capacité d’une espèce chimique à se dissoudre ou non dans un solvant.

Exemples

  • On peut dire qu’il y a solubilité du sel dans l’eau car il peut s’y dissoudre (le sel soluble dans l’eau).
  • On peut dire qu’il y a insolubilité du sel dans l’huile car il n’est pas capable de s’y dissoudre (le sel insoluble dans l’huile)

La solubilité telle qu’elle est définie ici est qualitative mais il en existe aussi une définition quantitative: voir définition n°2

Définition n°2 (quantitative)

La solubilité est une grandeur correspondant à la masse maximale de soluté pouvant être dissout dans un litre de solution.

Elle se note « s » (en minuscule), son unité dans le système international est le kilogramme par mètre cube (kg/m3) mais est le plus souvent exprimée en gramme par litre (g/L) voir en milligramme par litre (mg/L)

Remarque

Si une espèce chimique est insoluble dans un solvant alors sa solubilité est nulle: s = 0 g/L (et inversement)

Définition n°3 (solubilité et saturation)

Lorsque dans une solution on à dissous le maximum d’un soluté donné alors on dit que la solution est saturée en ce soluté par conséquent:

 la solubilité correspond aussi à la concentration massique d’une solution saturée

Facteurs ayant une influence sur la solubilité

La solubilité dépend:

  • du soluté
  • du solvant
  • de la température du solvant
  • dans une certaine mesure de la pression
  • de la présence d’autres espèces chimiques déjà dissoutes
  • dans certains cas du pH
  • d’éventuelles transformations chimiques

Calculer une solubilité

La solubilité (s) est le rapport de la masse maximale (m) de soluté par la volume (V) de solution, ce qui peut être exprimée par la formule suivante:



s = m / V

  • Si « m » est gramme (g) et « V » en litre (L) alors « s’ est en gramme par litre (g/L)
  • Si « m » est milligramme (mg) et « V » en litre (L) alors « s » est en milligramme par litre (mg/L)
  • Si « m » est kilogramme (kg) et « V » en mètre cube (m3) alors « s » est en kilogramme par mètre cube (kg/m3)
  • On peut utiliser n’importe quelle combinaison d’unité de masse et de volume à condition de rester cohérent.

Masse maximale de soluté soluble

La solubilité permet de déterminer la masse maximale de soluté qui peut être dissoute dans un solvant. C’est une donnée à prendre un comptre lors de la préparation d’une solution.

Puisque la relation permettant de calculer la solubité d’un soluté est:

s = m/V

on peut en déduire la masse correspondante:

m = s.V

où  la masse « m » est en gramme (g) si la solubilité est en gramme par litre (g/L) et le volume en litre (L)

Exemple

La solubilité du sulfate de magnésium est de 255 g/L
Une solution de 200 mL pourra donc contenir une masse maximale de
m = s.V
m= 255.0,200
m = 51,0 g de sulfate de magnésium

Convertir une solubilité

Toute comme la vitesse (en mètre par seconde), la solubilité est une grandeur composée exprimée comme le rapport de deux autres grandeurs par conséquent la conversion d’une unité à une autre ne peut se faire directement (on ne peut pas utiliser un simple tableau de conversion).

La conversion d’une solubilité peut se faire:

la décomposant comme le rapport d’une masse « m » et ‘un volume « V »

en convertissant la masse

en convertissant la volume

en calculant la nouvelle valeur de la solubilité avec la masse et le volume exprimés dans leur nouvelles unités.

Exemple

Un soluté possède dans un solvant une solubilité s = 0,249 kg/m3 et l’on souhaite effectuer une conversion en milligramme par litre.
Cette solubilité peut être exprimée comme le rapport d’une masse m = 0,249 kg et d’une volume V = 1,00 m3 (puisque 0,249/1 est bien égal à 0,249 kg/m3)
Conversion de la masse: 0,249 kg = 0,249.106 mg
Conversion du voume: 1,00 m3 = 1,00.103 dm3 = 1,00.103 L
Calcule de nouvelle valeur de solubilité: s = 0,249.106 / 1,00.103 = 0,249.103 mg/L soit 249 mg/L



Unités équivalentes

Certaines unités de solubilité sont équivalente, c’est à dire que leur conversion ne modifie pas la valeur de la solubilité.

Les principales équivalences sont les suivante:

  • kg/m3 et g/L
  • kg/m3 et g/dm3
  • g/dm3 et g/L
  • g/L et mg/mL
  • g/dm3 et mg/cm3

Estimer une solubilité

Pour estimer une solubilité il faut rechercher la masse maximale (m) de soluté qui peut être dissoute dans un volume (V) de solvant.

On peut procéder de la manière suivante:

On peut choisir, par exemple, un volume de solvant V = 100 mL. Il est mesuré avec une fiole jaugé pour plus de précision puis le solvant est transféré dans un erlenmeyer.

  • L’erlenmyer contenant le solvant est mis sous agitation magnétique pour accélérer la dissolution.
  • Une masse connue de soluté (pesé systématiquement) est ajouté progressivement (sous forme de poudre) dans l’erlenmeyer.
  • Si le soluté se dissout alors on en ajoute de nouveau jusqu’à obtenir une persistance de la forme solide visible. Attention, plus la limite de solubilité est proche et plus la dissolution est lente.
  • La masse totale « m » de soluté ajouté est notée on peut alors estimer la solubilité (s) en calculant le rapport s = m / V

Remarques

La valeur obtenue est une estimation haute de la solubilité car:

  • Le volume de la solution n’est pas tout à fait identique à celui du solvant, il lui est légèrement supérieur (si la masse de soluté est faible la différence entre les deux volumes est cependant très faible aussi)
  • La masse est relevée lorsque le soluté ne se dissous plus par conséquent la masse maximale de soluté soluble est légèrement inférieure.

Influence de la température

D’une manière générale:

  • La solubilité d’un solide croît avec la température
  • La solubilité d’un gaz décroît avec la température

Par conséquent, en chauffant une solution:

  • Les gaz dissous sont progressivement éliminés
  • Il est possible d’y dissoudre de plus en plus de solide

Remarque

La température influe aussi sur la vitesse de dissolution: la dissolution est d’autnt plus rapide que la température est élevée.

Influence de la pression

La pression a une influence notable sur la solubilité des solutés gazeux:

  • Lorsque la pression augmente leur solubilité augmente
  • Lorsque la pression diminue leur solubilité diminue

Influence du pH

Le pH d’une solution peut avoir une influence lorsque le soluté est un acide ou une base ou bien lorsqu’il s’agit d’un composé ionique qui inclut un acide ou base. D’une manière générale (mais il y a des exception):



  • La solubilité d’un acide est plus importante dans une solution basique c’est à dire de pH supérieur à 7.
  • La solubilité d’une base est plus élevée dans une solution acide c’est à de pH inférieur à 7

Solubilité et méthodes d’extraction

La solubilité d’une espèce chimique dans un solvant est un paramètre essentiel dont dépendent certaines méthodes d’extraction:

  • Une extraction solide-liquide (comme par exemple, la macération, l’infusion ou la décoction) doit être réalisée avec un solvant dans lequel la solubilité de l’espèce chimique à extraire est la plus importante possible.
  • Une extraction par solvant doit être réalisée en choisissant un solvant où la solubilité de l’espèce chimique à extraire est nettement supérieur est nettement plus élevée que dans la solution initiale.

Solubilité et tests de précipitation

Un test de précipitation permet de détecter la présence d’un ion donné en solution, il est effectué en ajoutant un réactif constitué d’un solution ionique. Dans cette solution ionique l’un des ions est censé réagir avec l’ion recherché en format un solide ionique appelé précipité. Un test de précipitation n’est donc efficace que si le solide ionique formés de l’ion réactif et de l’ion testé possède une très faible solubilité.