Interpréter les propriétés d'une espèce chimique

Un solide ionique est une structure solide, constituée d'un empilement compact et régulier de cations (ions chargés positivement) et d'anions (ions chargés négativement) en proportions invariables. La cohésion (stabilité) du solide ionique est assurée par les interactions électriques entre les cations et les anions.

Deux corps qui portent des charges de même signe se repoussent.
Deux corps qui portent des charges de signe opposé s'attirent.
Au sein du solide ionique, les cations se repoussent, les anions se repoussent, et les cations et anions s'attirent. Les distances entre cations et anions étant plus petites qu'entre deux cations ou deux anions, les interactions attractives sont plus intenses que les interactions répulsives, ce qui rend le solide cohérent, avec des ions collés les uns aux autres.

Le solide ionique est électriquement neutre : il contient autant de charges positives que de charges négatives.

La formule statistique d'un solide ionique rend compte des proportions de cations et d'anions dans le solide, en indiquant d'abord le symbole du cation, puis celui de l'anion, sans la charge électrique.

• Attention, la proportion entre le nombre de cations et le nombre d'anions dépend de leurs charges : ils ne sont pas toujours en nombre égal.
• Le solide ionique étant électriquement neutre, on n'écrit pas de charge électrique même s'il est constitué d'ions.

Le solide moléculaire est constitué d'un empilement compact et régulier de molécules.

La cohésion des solides moléculaires est assurée par des interactions électrostatiques appelées interactions de Van der Waals. Parfois, des liaisons hydrogène s'ajoutent.

Il existe plusieurs types de forces de Van der Waals :

• les interactions entre molécules polaires : les zones qui portent des charges partielles opposées s'attirent ;
• les interactions entre molécules apolaires : le nuage électronique fluctue en permanence, à un instant $t$, une molécule possède une zone chargée positivement et une autre zone chargée négativement. Il peut donc y avoir des interactions électrostatiques entre la zone $+$ d'une molécule et la zone $-$ d'une autre molécule proche.

• Cohésion : interaction qui maintient les atomes, les molécules, les ions « collés » les uns aux autres.
• Pont hydrogène (ou liaison hydrogène) : interaction électrostatique faible entre un atome d'hydrogène portant une charge partielle positive et un atome très électronégatif ($\text{O}$, $\text{N}$, $\text{Cl}$, etc.).

La molécule d'eau est polaire et peut interagir avec les ions du solide ionique. Ces interactions entre l'eau et les ions permettent d'expliquer la dissolution d'un solide ionique dans l'eau.

Lorsqu'on dissout un solide ionique dans l'eau, on obtient une solution aqueuse contenant des ions qui se combinent avec les molécules d'eau qui les entourent (doc. 2).

La dissolution d'un solide ionique se déroule en trois étapes :

• la dissociation du solide ionique : les molécules d'eau s'approchent du solide et fragilisent les interactions électrostatiques qui existent entre les cations et les anions, qui se rompent ;
• la solvatation : les molécules d'eau entourent les ions : on dit qu'ils sont solvatés ou hydratés ;
• la dispersion : les ions solvatés s'éloignent du solide et se dispersent parmi les molécules d'eau.

La dissolution d'un solide ionique ${\text{A}}_{\text{x}}{\text{B}}_{\text{y}}$ se modélise, au niveau macroscopique, par une équation de réaction.

L'équation de dissolution d'un solide ionique ${\text{A}}_{\text{x}}{\text{B}}_{\text{y}}$ dans l'eau s'écrit :



Le symbole $(\text{s})$ signifie que le solide ionique est à l'état solide. Le cation ${\text{A}}^{\text{m}+}$ et l'anion ${\text{B}}^{\text{n}-}$ sont solvatés, on l'indique en écrivant $(\text{aq}).$ L'équation de la réaction est équilibrée en charge. La neutralité de la solution est donc respectée.

Les interactions entre le soluté et le solvant sont de plusieurs types :

• interactions entre ions et molécules polaires (ex. : le sel dans l'eau) ;
• interaction entre molécules polaires (ex. : le glucose dans l'eau) ;
• interaction entre molécules apolaires (ex. : le diiode dans le cyclohexane) ;
• formation de ponts hydrogène entre le soluté et le solvant (ex. : l'éthanol dans l'eau).

Lorsqu'un soluté est liquide, il peut être soluble dans un solvant, en toutes proportions. Dans ce cas, on dit que les deux liquides sont miscibles.

Des liquides sont miscibles lorsqu'ils se mélangent l'un avec l'autre pour former un mélange homogène.

• La solubilité correspond à la concentration en g·L^-1 (ou en mol·L^-1) du soluté dans la solution saturée, c'est-à-dire une solution dans laquelle la concentration en soluté est maximale.
• Ne pas confondre miscibilité et solubilité.

La miscibilité concerne deux liquides qui se mélangent en toute proportion.
La solubilité concerne un soluté qui se dissout plus ou moins dans un solvant.

L'extraction par un solvant (extraction liquide-liquide) est une technique expérimentale qui permet d'extraire une espèce dissoute dans une solution.

Le choix du solvant extracteur est lié à ses propriétés physiques :

• le soluté doit être plus soluble dans le solvant extracteur que dans le solvant initial ;
• le solvant extracteur ne doit pas être miscible avec le solvant initial.

Pour réaliser l'extraction par solvant, on utilise une ampoule à décanter.

Le solvant extracteur est plus ou moins dense que le solvant initial : il se place donc au-dessous ou au-dessus du solvant initial, selon sa densité.