Les solutions aqueuses





  1. Définition
  2. Le soluté
  3. Le solvant
  4. La concentration
  5. Solution saturée
  6. Les solutions aqueuses moléculaires
  7. Les solutions aqueuses ioniques
  8. Préparer une solution aqueuse

Définition



Une solution est un mélange homogène obtenu par dissolution d’une espèce chimique (le soluté) dans un liquide (le solvant).

Le soluté

Le soluté est une espèce chimique destinée à se dissoudre dans un solvant.

Il peut se présenter à l’état solide, liquide ou gazeux.

Lors de la dissolution du soluté ses particules (molécules ou ions) se dispersent parmi les molécules de solvant, il perd ainsi son aspect initial (grains, poudre, bulle, liquide) et constitue avec le solvant une seule et même phase liquide où il ne peut plus être distingué (même si ses effets sur la solution peuvent l’être)

Remarque

Dans le cas d’un soluté liquide, ce dernier ne se distingue du solvant que par la proportion utilisée (celui qui est minoritaire jour le rôle de soluté tandis que celui qui est majoritaire joue le rôle de solvant)

Le solvant

Il s’agit du liquide dans lequel est dissous le soluté.

Un liquide est un « bon » solvant pour un soluté donné si la solubilité y importante.

Les qualités de solvant d’un liquide dépendent:

  • du soluté (par exemple l’eau est un bon solvant pour le sel mais par pour l’huile)
  • de la température (en général la solubilité croît lorsque la température augmente)
  • de la pression (surtout pour les soluté gazeux qui se dissolvent en plus grande quantité sous pression plus élevée)
  • du pH (par exemple les solutés acides comme le dioxyde de carbone se dissolvent mieux dans une solution aqueuse basique de pH élevé)

Il courant que le solvant utilisé soit de l’eau, dans ce cas la solution est dite aqueuse mais d’autres solvants peuvent être choisis comme par exemple:

  • l’éthanol
  • l’acétone
  • le dioxyde de carbone supercritique
  • Etc

La concentration

La concentration (massique ou molaire) permet d’exprimer la proportion de soluté dissous par rapport au volume total de la solution (elle correspond au rapport de la masse ou de la quantité de matière par le volume de la solution). De cette dernière dépendent alors les caractéristiques de la solution:



  • sa teinte (pour les solutés colorés, la teinte est d’autant foncée que la concentration est élevée )
  • sa masse volumique et densité (elles croissent avec la concentration)
  • son goût (pour pour les espèces aromatiques le gout est d’autant plus prononcé que la concentration est forte )
  • son pH (pour les espèces chimiques acides le pH décroît avec la concentration tandis pour les espèce chimiques basiques il augmente)
  • sa conductivité (pour les composés ioniques lorsque la concentration augmente alors la conductivité augmente aussi)
  • son indice de réfraction (il croît avec la concentration)

Solution saturée

Un soluté n’est soluble qu’en quantité limité, il possède une solubilité qui correspond à la concentration massique maximale qui peut être atteinte dans un solvant donné. Lorsque cette concentration maximale est atteinte on dit que la solution est saturée. Tout soluté supplémentaire ajouté ne peut plus se dissoudre et forme avec la solution saturée un mélange hétérogène.

Remarque

Dans le cas où le soluté est liquide il arrive que ce dernier soit miscible avec l’eau, c’est à dire qu’il puisse former avec elle un mélange homogène quelles que soient les proportion choisies. Dans cette situation la saturation n’est pas possible.

Les solutions aqueuses moléculaires

Définition: une solution aqueuse est dit moléculaires si tous les espèces chimiques présentes dans l’eau restent sous forme de molécules.

Elles sont obtenues par dissolution dans l’eau d’un soluté composé uniquement d’espèces chimiques moléculaires (constitué de molécules), ne possèdant pas de caractère acide ou basique et ne réagissant pas avec l’eau pour former des espèces chimiques ioniques.

Une solution aqueuse moléculaire peut par exemple être obtenue en choisissant comme soluté du sucre (composé de molécules de saccharose), de la caféine, du paracétamol, du dioxygène, de l’éthanol, etc.

Lors du processus de dissolution les molécules constituant le soluté vont simplement se disperser parmi celles du solvant.

Une solution aqueuse moléculaire est toujours électriquement neutre puisque les moélcules d’eau et les molécules de soluté sont elle-même neutres.

Une solution aqueuse moléculaire possède une conductivité électrique très faible car cette dernière est liée à la présence d’ions or ceux présents en solution ne proviennent que:

  • des impuretés présentes dans le soluté
  • des gaz dissous (le dioxyde carbone par exemple)
  • des minéraux présents dans l’eau (si l’on n’utilise pas une eau distillée)
  • du phénomène d’autoprotolyse de l’eau (qui forme en très faible quantité de ions hydrogène et hydroxydes)

Les solutions aqueuses ioniques

Définition: une solution aqueuse est dite ionique si certaines espèces chimiques dissoutes dans l’eau sont des ions.



Elle résulte de la dissolution dans l’eau d’un composé ionique ou d’une espèce chimique qui réagit avec l’eau pour former des ions (comme une espèce acide qui forme des ions hydrogène ou une espèce basique qui forme des ions hydroxyde).

Lors du processus de dissolution d’un composé ionique, il se déroule tout d’abord une phase de dissociation lors de laquelles les molécules d’eau vont « séparer » les cations et les anions du composé ionique puis ces derniers vont se disperser.

Une solution ionique est toujours électriquement neutre, elle comporte toujours des anions (négatifs) dont la charge est compensée par celles des cations (positifs). Cette neutralité peut être exploitée pour établir les proportions de cations et d’anions en solution.
Par exemple:

  • si le cation porte une charge élémentaire positive et l’anion une charge élémentaire négative alors leur quantité et leurs concentration sont les même
  • si le cation porte une charge positive et l’anion en porte deux négatives alors la solution contient deux fois plus de cation
  • Si l’anion porte une charge négative et le cation en porte trois positives alors la solution contient trois fois plus d’anions que de cations
  • etc

Préparer une solution aqueuse

La préparation d’une solution aqueuse peut se faire en suivant le mode opératoire suivant:

  • Choisir la concentration massique Cm et le Volume Vsolution de la future solution
  • Choisir une fiole jaugée (récipient le plus précis) dont la capacité est d’un volume Vfiole supérieur à Vsolution
  • Si le soluté est solide calculer la masse msoluté à utiliser: msoluté = Cm.Vfiole.
  • Mesurer ensuite cette masse en utilisant une balance électronique de précision suffisante
  • Si le soluté est liquide calculer le volume de soluté Vsoluté à utiliser: Vsoluté = msoluté/ρsoluté
  • Mesurer ensuite ce volume à l’aide d’une pipette jaugée (s’il coïncide avec une valeur disponique), avec une pipette graduée ou avec une éprouvette graduée.
  • Amorcer la dissolution (surtout pour les solides) en ajoutant le soluté dans un récipient de transition (de préférence un erlenmeyer), en ajoutant de l’eau distillée jusqu’à volume total nettement inférieur à Vfiole. Puis en mettant sous agitation magnétique jusqu’à dissolution complète.
  • Transvaser la solution obtenue dans la fiole prévue et limiter les perte de soluté en rinçant l’erlenmeyer avec de l’eau distillée puis en récupérant l’eau de rinçage dans la fiole.
  • Compléter en ajoutant, dans la fiole, de l’eau distillées jusqu’au trait de jauge et penser à homogénéiser régulièrement la solution en agitant la fiole (utiliser un bouchon propre).