Solubilité

En chimie, la solubilité est la capacité d'une substance, appelée soluté, à se dissoudre dans une autre substance, appelée solvant, pour former un mélange homogène appelé solution. La dissolution est ce processus.

La réaction de précipitation, effectuée à partir d'une solution ou d'une suspension, forme un précipité et un liquide surnageant, observés ici dans un tube à essai.

En thermodynamique, la solubilité massique est une grandeur physique notée s désignant la concentration massique maximale du soluté dans le solvant, à une température donnée. La solution ainsi obtenue est alors saturée. De même, la solubilité molaire est la concentration molaire maximale du soluté dans le solvant à une température donnée. La solubilité massique s'exprime en g/L, et la solubilité molaire en mol/L.

Produit de solubilité

Définition et expression

Le produit de solubilité est – dans le cas d'un composé solide ionique – la constante d'équilibre de la réaction de dissolution. Cette constante est notée K_s(T). Elle ne dépend que de la température T et en général elle augmente avec celle-ci pour les solides et diminue pour les gaz. La solubilité s est fonction du produit de solubilité et varie dans le même sens.

Soit la réaction suivante :

${\displaystyle {A_{m}B_{n}}_{\mathrm {(s)} }\Longleftrightarrow m\cdot {A^{n+}}_{\mathrm {(aq)} }+n\cdot {B^{m-}}_{\mathrm {(aq)} }~}$

Le produit de solubilité K_s est donné par la relation : ${\displaystyle K_{\text{s}}=(a_{A^{n+}})^{m}\times (a_{B^{m-}})^{n}}$ avec ${\displaystyle a_{A^{n+}}}$ et ${\displaystyle a_{B^{m-}}}$, les activités des espèces ioniques. Aux faibles concentrations, on peut confondre activité et concentration.

Plus le K_s est faible, moins la substance est soluble.

Relation entre produit de solubilité et solubilité

Soit la réaction suivante : m1/v1=m2/v2

${\displaystyle {A_{m}B_{n}}_{\mathrm {(s)} }\Longleftrightarrow m\cdot {A^{n+}}_{\mathrm {(aq)} }+n\cdot {B^{m-}}_{\mathrm {(aq)} }~}$

avec :

Évolution des concentrations

Temps	AmBn	mA^n+	nB^m−
t = 0	c	0	0
t en cours	c - s	m·s	n·s

Donc :

K_s = [a(Aⁿ⁺)]^m · [a(B^m–)]ⁿ = (m·s)^m · (n·s)ⁿ = m^m · nⁿ · s^m · sⁿ

D'où :

La solubilité s d'une substance s'exprime par : ${\displaystyle s=\left({\frac {K_{\text{s}}}{m^{m}\cdot n^{n}}}\right)^{\frac {1}{m+n}}}$

Paramètres influençant la solubilité

En général :

• la polarité ainsi que la présence de liaisons hydrogène au sein d'une molécule influent sur la dissociation de celle-ci ;
• quand la température de la solution augmente :
  • si le soluté est solide, la solubilité augmente ou diminue en fonction de son enthalpie de dissolution,
  • si le soluté est un liquide, la solubilité augmente avec la température,
  • si le soluté est gazeux, la solubilité diminue ;
• quand la pression augmente :
  • si le soluté est gazeux, la solubilité augmente,
  • sur le point particulier de la solubilité des gaz dans l'eau, voir la Loi de Henry ;
• la solubilité d'un sel est diminuée si un ion de ce sel est déjà présent dans la solution : c'est l'effet d'ion commun (ex. : dissolution de KCl dans une solution où sont déjà introduits les ions Cl⁻) ;
• le pH peut aussi fortement influencer la solubilité de certaines substances.

Ces facteurs peuvent agir synergiquement entre eux.

Prédiction de la solubilité par contribution de groupe

Les chimistes peuvent estimer l'efficacité d'un mélange en déterminant les paramètres de solubilité du solvant et du soluté, appelés généralement « paramètres d'Hildebrand ». Ces derniers sont relativement approximatifs et n'ont cessé d'être soumis à diverses améliorations, les plus connues étant les paramètres de Hansen, van Krevelen ou Stefanis^{[réf. souhaitée]}.

Notes et références

1. Cependant, cette température varie selon que la dissolution est exo ou endothermique.
2. Grambow B., Michel N., « Solubilité des solides dans l'eau : propriété de surface ou du solide ? » [PDF], Les 6^e Journées scientifiques de Marcoule, 15 – 19 mai 2006, p. 1, 53 p., Subatech, Nantes.

Voir aussi

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• solubilité, sur le Wiktionnaire

Articles connexes

• Dissolution (chimie)
• Liste de solubilités et de pK_s de sels dans l'eau
• Produit de solubilité
• Solution (chimie)
• Système de classification biopharmaceutique

Bibliographie

• Grambow B., Michel N., « Solubilité des solides dans l'eau : propriété de surface ou du solide ? » [PDF], Les 6^e Journées scientifiques de Marcoule, 15 – 19 mai 2006, p. 1, 53 p., Subatech, Nantes.

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