Comment calculer la solubilité s ?

Déverrouiller les Secrets de la Solubilité : Calculer la Concentration Maximale Dissoute

La solubilité est un concept fondamental en chimie, décrivant la propension d’un soluté à se dissoudre dans un solvant pour former une solution. Comprendre et calculer la solubilité est crucial dans divers domaines, allant de la synthèse chimique à la pharmaceutique, en passant par la gestion de l’environnement. Cet article se concentrera sur le calcul de la solubilité molaire, souvent notée s, qui représente la concentration maximale du soluté en moles par litre (mol/L) dans une solution saturée.

Qu’est-ce que la Solubilité Molaire (s) ?

Comme mentionné, la solubilité molaire s quantifie la concentration maximale d’un soluté dans une solution, exprimée en moles par litre (mol/L). Imaginez une solution saturée, c’est-à-dire une solution dans laquelle aucun soluté supplémentaire ne peut se dissoudre à une température donnée. La solubilité molaire s représente précisément la quantité, en moles, de ce soluté qui est présente dans chaque litre de cette solution saturée.

Calculer la Solubilité à Partir du Produit de Solubilité (Kps)

Pour les composés ioniques peu solubles, le calcul de la solubilité s s’appuie souvent sur le produit de solubilité, noté Kps. Le Kps est une constante d’équilibre spécifique à chaque composé ionique et représente le produit des concentrations des ions à l’équilibre, chacune élevée à la puissance de son coefficient stœchiométrique dans l’équation de dissolution.

Voici une approche étape par étape pour calculer la solubilité s à partir du Kps :

1. Écrire l’équation d’équilibre de dissolution : Représentez la dissolution du composé ionique dans l’eau, en indiquant les ions formés. Par exemple, pour le chlorure d’argent (AgCl) :

   AgCl (s) ⇌ Ag+ (aq) + Cl- (aq)

2. Définir la solubilité s : La solubilité s représente la concentration molaire du soluté dissous à l’équilibre. Dans l’exemple de AgCl, la concentration de Ag+ sera égale à s et la concentration de Cl- sera également égale à s. Si les coefficients stœchiométriques des ions sont différents de 1, il faudra en tenir compte (voir exemples ci-dessous).

3. Écrire l’expression du Kps : Écrivez l’expression du produit de solubilité en utilisant les concentrations des ions à l’équilibre et leurs coefficients stœchiométriques :

   Kps = [Ag+] [Cl-]

4. Substituer les valeurs en fonction de s : Remplacez les concentrations ioniques dans l’expression du Kps par les valeurs en fonction de s définies à l’étape 2. Dans le cas de AgCl :

   Kps = (s)(s) = s²

5. Résoudre pour s : Isolez et résolvez l’équation pour trouver la valeur de s. Pour AgCl :

   s = √(Kps)

Exemples Concrets

• Chlorure d’Argent (AgCl) : Si le Kps de AgCl est de 1.8 x 10-10, alors :

  s = √(1.8 x 10-10) = 1.34 x 10-5 mol/L

• Fluorure de Calcium (CaF2) : L’équation de dissolution est :

  CaF2 (s) ⇌ Ca2+ (aq) + 2F- (aq)

  Si [Ca2+] = s, alors [F-] = 2s. L’expression du Kps est :

  Kps = [Ca2+] [F-]² = (s)(2s)² = 4s³

  Si le Kps de CaF2 est de 3.9 x 10-11, alors :

  4s³ = 3.9 x 10-11
  s = ∛(3.9 x 10-11 / 4) = 2.14 x 10-4 mol/L

Facteurs Affectant la Solubilité

Plusieurs facteurs peuvent influencer la solubilité d’un composé :

• Température : La solubilité des solides ioniques augmente généralement avec la température, bien qu’il existe des exceptions.
• Effet d’ion commun : La solubilité d’un sel est diminuée par la présence d’un ion commun déjà présent dans la solution.
• pH : Pour les sels dont l’anion est la base conjuguée d’un acide faible, la solubilité augmente avec une diminution du pH (solution plus acide).
• Force Ionique : Une force ionique élevée peut influencer la solubilité en affectant les coefficients d’activité des ions.

Conclusion

Le calcul de la solubilité molaire s est une compétence essentielle pour tout chimiste. En comprenant le concept de Kps et en suivant les étapes décrites, il est possible de déterminer la concentration maximale d’un soluté qui peut se dissoudre dans une solution à l’équilibre. Comprendre les facteurs affectant la solubilité permet également de prédire et de contrôler le comportement des solutions dans diverses applications. La solubilité, bien que semblant simple, est un concept riche et fondamental qui ouvre la porte à une compréhension plus profonde du monde chimique.