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Solubilité
La solubilité indique jusqu’à quelle proportion une substance peut être présente dans une solution saturée dans des conditions données. Elle ne dit pas simplement si une substance « se dissout vite ».
Une quantité maximale dans des conditions données
Ajoutez progressivement du sucre dans un verre d’eau en mélangeant. Au début, le sucre se dissout. Si l’on continue suffisamment, on peut atteindre un état où du sucre supplémentaire reste au fond : la solution est alors saturée dans ces conditions. La solubilité permet de quantifier cette limite.
Solubilité et dissolution : deux notions différentes
La dissolution décrit le processus par lequel une solution se forme. La solubilité concerne la composition d’une solution saturée. Une substance peut se dissoudre lentement tout en étant très soluble, ou se dissoudre rapidement sans qu’une quantité illimitée puisse entrer en solution.
La température compte
La solubilité dépend de la température. Pour beaucoup de solides dans l’eau, elle augmente lorsque la température augmente, mais il existe des exceptions : il ne faut donc pas transformer cette tendance en règle absolue. Une courbe de solubilité permet de représenter expérimentalement la quantité dissoute en fonction de la température.
Si une solution chaude contient beaucoup de soluté dissous et que sa solubilité diminue lorsqu’elle refroidit, une partie du soluté peut ne plus rester en solution et former des cristaux. C’est le principe de nombreuses recristallisations.
Et les gaz ?
Les gaz apportent un bon contre-exemple aux idées trop simples. La solubilité d’un gaz dans un liquide dépend notamment de la température et de sa pression au-dessus du liquide. Dans une bouteille de boisson gazeuse fermée, une pression élevée de dioxyde de carbone favorise sa présence dissoute. À l’ouverture, la pression diminue et le gaz s’échappe progressivement sous forme de bulles.
Pourquoi toutes les substances n’ont-elles pas la même solubilité ?
La nature du soluté et celle du solvant sont déterminantes. Les interactions moléculaires ou ioniques qui peuvent s’établir doivent être prises en compte. L’eau est un excellent solvant pour de nombreuses espèces, mais elle ne dissout pas tout : l’huile et l’eau illustrent cette limite de manière évidente.
Comment exprime-t-on une solubilité ?
Selon le contexte, on peut exprimer une solubilité par une masse de soluté pour une quantité de solvant ou de solution, par une concentration molaire, une molalité ou d’autres grandeurs de composition. Il faut donc toujours lire l’unité avant de comparer deux valeurs.
Solution saturée, non saturée et sursaturée
Une solution non saturée peut encore accueillir du soluté dans les conditions considérées. Une solution saturée est à l’équilibre avec la quantité maximale correspondante. Dans certaines conditions, on peut préparer temporairement une solution sursaturée, contenant davantage de soluté dissous que l’état d’équilibre attendu ; elle peut alors cristalliser facilement lorsqu’un germe apparaît.
Pour un gaz dissous, augmenter sa pression au-dessus du liquide favorise généralement sa dissolution à température fixée. C’est essentiel pour les boissons gazeuses. Pour beaucoup de solides et liquides dissous, les variations ordinaires de pression ont un effet bien moins spectaculaire ; on s’intéresse surtout à la température et à la nature du solvant.
Pourquoi la pression est-elle surtout importante pour les gaz ?
Si un graphique indique qu’une solution peut contenir davantage d’un solide à 80 °C qu’à 20 °C, une solution saturée préparée à chaud peut devenir sursaturée en refroidissant. L’excès de soluté peut alors cristalliser. La quantité exacte se détermine avec les valeurs de la courbe, pas avec une règle générale mémorisée.
Une courbe de solubilité place généralement la température sur l’axe horizontal et une quantité de soluté soluble sur l’axe vertical. Elle permet de répondre à des questions concrètes : combien peut-on dissoudre à une température donnée ? Quelle quantité risque de cristalliser si la solution refroidit ? Avant tout calcul, il faut vérifier l’unité choisie, car les graphiques n’expriment pas tous la composition de la même manière.
Lire une courbe de solubilité
L’essentiel
La solubilité caractérise une solution saturée dans des conditions données. Elle dépend de la nature des substances et de paramètres comme la température ; pour les gaz, la pression joue aussi un rôle majeur. Elle ne doit pas être confondue avec la vitesse de dissolution.