Pourquoi le NH3 est-il soluble dans l’eau mais pas le pH3 ?

Le Mystère de la Solubilité : Pourquoi l’Ammoniac (NH3) se Dissout dans l’Eau et pas le Phosphane (PH3) ?

L’ammoniac (NH3) et le phosphane (PH3) sont deux molécules apparentées, toutes deux composées d’un atome central (azote ou phosphore) lié à trois atomes d’hydrogène. Pourtant, leur comportement face à l’eau est radicalement différent. L’ammoniac se dissout aisément, tandis que le phosphane reste obstinément insoluble. Cette divergence s’explique par des différences fondamentales dans leur polarité et leur capacité à former des liaisons hydrogène.

Le Rôle Central de la Polarité

La solubilité d’une substance dans l’eau dépend avant tout de sa polarité. L’eau est une molécule polaire, ce qui signifie que la distribution des électrons n’est pas uniforme, créant une charge légèrement négative sur l’atome d’oxygène et une charge légèrement positive sur les atomes d’hydrogène. Les substances polaires ont tendance à se dissoudre dans l’eau car les forces d’attraction entre les molécules d’eau et celles de la substance sont suffisamment fortes pour briser les liaisons intermoléculaires de la substance et la disperser dans l’eau.

L’ammoniac (NH3) est également une molécule polaire. L’azote est plus électronégatif que l’hydrogène, ce qui signifie qu’il attire les électrons vers lui. Cette attraction inégale crée un moment dipolaire net dans la molécule de NH3, avec une charge partielle négative sur l’azote et des charges partielles positives sur les hydrogènes.

La Liaison Hydrogène : Une Interaction Clé

La véritable clé de la solubilité de l’ammoniac réside dans sa capacité à former des liaisons hydrogène avec l’eau. La liaison hydrogène est une force d’attraction particulièrement forte qui se forme entre un atome d’hydrogène lié à un atome très électronégatif (comme l’oxygène ou l’azote) et une autre paire d’électrons non liante sur un atome électronégatif.

Dans le cas de l’ammoniac, l’azote, porteur d’une charge partielle négative, peut former des liaisons hydrogène avec les atomes d’hydrogène partiellement positifs des molécules d’eau. Inversement, les atomes d’hydrogène de l’ammoniac, porteurs d’une charge partielle positive, peuvent former des liaisons hydrogène avec les atomes d’oxygène partiellement négatifs des molécules d’eau. Cette formation de liaisons hydrogène stables et multiples est le principal moteur de la dissolution de l’ammoniac dans l’eau. L’énergie libérée lors de la formation de ces liaisons compense l’énergie nécessaire pour briser les liaisons hydrogène préexistantes entre les molécules d’eau.

Pourquoi le Phosphane (PH3) est Différent

Le phosphane (PH3), en revanche, n’est pas soluble dans l’eau. La principale raison est que le phosphore est beaucoup moins électronégatif que l’azote. Par conséquent, la liaison P-H est beaucoup moins polaire que la liaison N-H. Le moment dipolaire de la molécule de PH3 est donc beaucoup plus faible que celui de NH3.

De plus, le phosphore est un atome plus grand que l’azote, ce qui affaiblit davantage toute force d’attraction possible. En conséquence, le phosphane ne peut pas former des liaisons hydrogène significatives avec l’eau. Les forces intermoléculaires entre les molécules de phosphane et les molécules d’eau sont trop faibles pour compenser l’énergie nécessaire pour briser les liaisons hydrogène entre les molécules d’eau.

En Conclusion

La solubilité de l’ammoniac dans l’eau et l’insolubilité du phosphane illustrent parfaitement l’importance de la polarité et de la formation de liaisons hydrogène dans les phénomènes de dissolution. L’ammoniac, grâce à sa polarité significative et sa capacité à former des liaisons hydrogène robustes avec l’eau, se dissout facilement. Le phosphane, en raison de sa faible polarité et de son incapacité à former des liaisons hydrogène avec l’eau, reste insoluble. Cette différence fondamentale dans leur comportement met en évidence la sensibilité des propriétés chimiques des molécules aux subtilités de leur structure électronique.