Solvants polaires et apolaires







Cours de physique – niveau classe de première S – partie « Lois et modèles – Cohésion et transformations de la matière »

  1. Définitions
  2. Utilisation des solvants polaires
  3. Utilisation des solvants apolaires
  4. Parties hydrophobes et hydrophiles d’une molécule
  5. Liste des principaux solvants polaires
  6. Liste des principaux solvants apolaires

Définitions

Rappel: un solvant est un liquide susceptible d’être utilisé pour dissoudre des solutés (solide le plus souvent mais parfois aussi liquide ou gazeux) afin d’obtenir une solution.

Un solvant est dit polaire s’il est composé de molécules polaires. 

Ses molécules :

  • comportent des liaisons polarisées
  • comprennent des atomes portant des charges partielles positives ou négatives.
  • possède un moment dipolaire non nul
  • constituent des dipôles électriques
  • établissent entre elles des liaisons de Van der Waals (entre dipôles permanents)

Un solvant est dit apolaire si ses molécules sont elles mêmes apolaires.

Ses molécules :

  • soit ne comportent aucun liaison polarisée soit possède des liaisons dont les polarisations se compensent globalement.
  • ont un moment dipolaire nul.
  • établissent entre des liaisons de Van der Waals entre dipôles instantanés.

Utilisation des solvants polaires

Les solvants polaires sont utilisés pour dissoudre les solutés ioniques ainsi que les solutés composés de molécules polaires.

En effet, la solubilité de ces derniers y est plus importante car il s’établit pour les solutés ioniques une interaction attractive entre:

  • le pôle positif des molécules de solvant et les anions
  • le pôle négatif des molécules de solvant et les cations

Pour les solutés moléculaires polaires il s’établit des liaisons de Van der Waals qui correspondent à une interaction attractive entre:

  • le pôle négatif des molécules de solvant et le pôle positif des molécules de soluté.
  • le pôle positif des molécules de solvant et le pôle négatif des molécules de soluté

Globalement la solubilité d’un soluté dans un solvant est d’autant plus élevée que les interactions attractives entre molécules de solvant et soluté sont importantes.



Remarque

La solubilité d’un soluté est favorisée par l’établissement de liaisons hydrogène entre les molécules de soluté et de solvant.

La solubilité d’un composé moléculaire apolaire dans un solvant polaire est en général très faible car les interactions attractives très fortes entre molécules de solvant ne favorisent la dispersion des molécules de soluté avec lesquelles les interactions sont très faibles.

Remarque

Il est possible d’accroître la solubilité d’une molécule peu ou pas polaire dans l’eau en faisant appel à un émulsifiant.

Utilisation des solvants apolaires

Les solvants apolaires sont utilisés pour dissoudre des solutés moléculaires apolaires.

Les molécules de solvant d’une part et celles de soluté apolaire d’autre part interagissent entre elles par le biais de liaisons de Van der Waals entre dipoles instantanés. Ces interactions ont des intensités du même ordre de grandeur et peuvent également s’établir entre molécules de solvant et de soluté, ce qui permet aux molécules de soluté de se disperser parmi les molécules de solvant et autorise donc la dissolution.

Dans le cas de solides ioniques ou moléculaires polaires les interactions entres cations et anions ou entre molécules polaires est nettement plus intenses que les interactions solvant-soluté par conséquent le soluté garde sa cohérence et ses particules ne peuvent pas se disperser : la dissolution est très faible voire inexistante.

Parties hydrophobes et hydrophiles d’une molécule

Les molécules organiques sont toujours constituées d’une chaîne carbonée à laquelle est parfois associée des une ou plusieurs fonctions chimiques.

Une partie de chaîne carbonée sans fonction chimique ne comporte que des atomes de carbone et d’hydrogène dont les liaisons ne sont pas polarisées. Cette partie est donc donc elle-même apolaire et ne presente pas d’affinitée pour l’eau qui est un solvant polaire: par conséquent une portion de chaîne carbonée sans fonction chimique constitue la partie hydrophobe de la molécule, plus elle est longue et plus solubilité dans l’eau (et dans la plupart des autres solvants polaires) diminue.



Au contraire les fonctions chimiques habituelles (hydroxyle, carbonyle, carboxyle, amine, substituant halogénés) comportent des atomes en général plus électronégatifs que le carbone et l’hydrogène (l’oxygène, l’azote, le chore) et établissent des liaisons covalentes polarisées qui confèrent un moment dipolaire à la molécule et accroissent sont affinité pour les molécules d’eau: les portion de molécules portant les fonctions chimiques sont dite hydrophiles, plus elles sont nombreusese et plus la solubité est importante.

La solubilité d’une molécule organique dans l’eau dépend donc d’une part de la longueur de la chaîne carbonée et d’autre part du nombre de fonctions chimiques qu’elle comporte.

Liste des principaux solvants polaires

  • L’eau
  • Le méthanol
  • L’éthanol
  • Le propan-1-ol
  • Le propan-2-ol (isopropanol)
  • Le butan-1-ol
  • L’acide acétique
  • L’acide formique
  • L’ammoniac,
  • L’acétone
  • Le tétrahydrofurane (THF)
  • L’acétate d’éthyle
  • Le diméthylformamide (DMF)
  • L’acetonitrile
  • Le diméthylsulfoxyde (DMSO)
  • Le nitrométhane
  • Le carbonate de propylène

On distingue parfois les solvants polaires dit « protiques » et les solvants polaires dits « aprotiques »

Les solvants polaires protiques sont ceux qui possède au moins un hydrogène pouvant intervenir dans une liaison hydrogène, c’est par exemple le cas de l’eau, du méthanol, de l’éthanol, du propan-1-ol, du propan-2-ol, du butan-1-ol, de l’acide acétique, de l’acide formique, de l’ammoniac.

Les solvants polaires aprotiques sont ceux ne possédant aucun hydrogène ne pouvant établir de laison hydrogène, il s’agit par exemple du cas de l’acétone, de l’acétate d’éthyl, du diméthylformamide, du nitrométhane et carbonate de propylène.

L’eau est un des solvants protiques le plus polaire avec un moment dipolaire valant 1,85 Debye mais certains solvants aprotiques sont encore plus polaire comme par exemple l’acétone (moment dipolaire de 2,88 Debye) ou encore carbonate de méthylène (moment dipolaire de 4,9 Debye)

Liste des principaux solvants apolaires

  • Le pentane
  • Le cyclopentane
  • L’hexane
  • Le cyclohexane
  • Le Benzène
  • Le toluène
  • Le 1,4-Dioxane

Notions de seconde à réviser


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