Chimie: Solubilité
I. Vapeur saturante:
Un liquide, dans un récipient fermé, se vaporise jusqu'au moment où
un équlibre s'atteigne sans que les courants liquide ? vapeur et
vapeur ? liquide cessent. Cet équilibre liquide-vapeur,correspond à
légalité entre le débit de vaporisation et celui de condensation.
Dans ce cas, la pression exercée par la vapeur ne peut augmenter.
Cette pression maximale est dite tension de vapeur, ou
pression de vapeur saturante du liquide à une température détérminée.
Cette pression dépend étroitement de la température. Ainsi, à deux
températures absolues différentes T1 et T2, correspondent deux
pressions différentes P1 et P2. Une relation entre ces températures
et ces pressions est decrite de façon approximative par la relation de Clapeyron:
ln(P1/P2) = (Hv/R)(1/T2 - 1/T1).
Hv est la chaleur latente de vaporisation du liquide,
R est la constante des gaz parfaits.
Example:
La tension de vapeur de l'eau à 100 oC est égale
à la pression atmosphérique (Atm. = 101.3 kPa)
II. Principe de Le chatelier:
Dans son ensemble, ce principe montre qu'un système à l'équilibre réagi de façon à
s'opposer à tout changement qui vient de l'exterieur du système.
II.1. Relatif à la température:
Une augmentation de la température favorise le déplacement pour consommer l'énergie
due à cette augmentation.
Pour une réaction endothermique ou exothermique, une augmentation
de la température déplace l'équilibre vers le côté endothermique.
Sit la réaction:
Réactifs ↔ Produits
Exo (ΔH < 0):
T augmente: → Côté Endo: Réactifs.
T diminue: → Côté Exo: produits.
Endo (ΔH > 0):
T augmente: → Côté Endo: Produits
T diminue: → Côté Exo: Réactifs.
Une diminution de la température vaforise la réaction exothermique.
II.2. Relatif à la pression:
À l'équilibre, une augmentation de la pression (ou diminution du volume) favorise la réaction dans
le sens du plus petit nombre de moles en phase gazeuse.
Aa + Bb ↔ Cc + Dd
Si la pression augmente, le déplacement se fait dans le sens où Δn = (c + d) - (a + b) est <0
II.3. Relatif à la concentration:
Un ajout de réactif ou de produit, à l'équilibre, favorise la réaction dans le sens
de sa disparition. Une élimination d'un constituant déplace l'équilibre dans le sens de sa formation
Aa + Bb ↔ Cc + Dd
Un ajout de du réactif A favorise la réaction vers la gauche (réaction
inverse). Une dimintion de du constituant B, favorise aussi la réaction inverse.
II.4. Relatif à un catalyseur:
L'addition d'un catalyseur à un système, accélère la réaction et diminue
l'energie d'activation, mais ne déplace pas la position l'équilibre.
II.5. Relatif à un constituant inerte:
Le gaz inerte ne rentre pas en réaction. A pression totale constante,
son ajout au système diminue la pression totale déjà existente des premiers gaz;
ainsi le système evolue dans le sens d'une augmentation
des molécules gazeuses.
A volume constant, son ajout augmente la pression totale est laisse
les pressions partielles inchangés; ainsi aucune modification ne se prduit pour le système.
Pour toute augmentation de volume, la pression baisse et le nombre
de molécules gazeuses augmente.
III. Loi de Dalton:
P = Σ Pi
Dans un gaz parfait, la pression totale P exercée par un mélange gazeux
est égale à la somme des pressions partielles Pi des constituants.
Si PA est la pression partielle de constituant A du mélange
dans le gaz, on peut ecrire:
PA = χAgaz P
χAgaz est la fraction molaire du constituant A dans
le mélange gazeux.
IV. Loi de Raoult:
PA = χAliquide PA pur
La pression de vapeur saturante d'un constituant dans un mélange gazeux
est égale au produit de sa fraction molaire dans le liquide par sa pression
de vapeur saturante à l'état pur, à une température donnée.
V. Solubilité:
IV.1. Définition:
La solubilité est la quantité maximale d'un soluté que l'on peut
dissoudre dans une quantité de solvant à une température donnée. L'équilibre est atteint
lorsque le soluté est saturé avec le solvant. Elle dépend de:
- La nature du solvant:
Deux constituants de forces intermoléculaires de type et de grandeur similaire
sont solubles l'un dans l'autre. Le tétrachlorure de carbone (CCl4)
et le benzène (C6H6) sont solubles l'un dans l'autre. Ce sont des liquides
non polaires; ainsi leurs forces intermolaiculaires sont donc du type dispersion
de London; ces forces sont du même ordre de grandeur.
Deux constituants totalement slubles l'un dans l'autre somt dit miscibles.
- La température:
L'effet de la température sur la solubilité des ions dans l'eau est déterminé
expérimentalement. Mais la solubilité des gas dans l'eau diminue toujours lorsque
la température augmente.
- La pression:
La pression n'influe pas la solubilité des liquides et des solides. Mais la solubilité des
gas augmente lorsque la pression augmente.
La solubilité s'exprime aussi de la façon suivante:
Solubilité = 100 x (masse de soluté/masse de solvant)
VI. Loi d'Henry:
La solubilité d'un gaz est directement proportionnelle à la pression qu'exerce
le gas sur la solution. En d'autres termes, la solubilité d'un gaz est proportionnelle
à la pression partielle de ce gaz au dessus du liquide.
La solubilité s'exprime alors en fraction molaire de la façon suivante:
Solubilité = Fraction molaire = χAliquide = PA/HHenry
ΧAliquide est la fraction molaire du gaz A dand le liquide,
PA est la pression partielle du gaz A au dessus du liquide en unités atm,
HHenry est la constante d'Henry en unités atm.
Exemple: HHenry vaut
1600 pour CO2 dans l'eau à 25 oC
VII. Coefficient d'équilibre:
À partir des lois de Dalton, de Raoult (ou Henry), il vient pour
un soluté A dans un solvant liquide:
χAliquide PA pur = χAgaz P; ainsi:
Pour un solvant, une température, et une pression définis, le rapport
χAgaz/χAliquide est constant. La constante est appelée
coefficient d'équilibre du soluté A . Elle est notée ΚA.
ΚA = χAgaz/χAliquide
Exemple: ΚH2S dans l'eau = 500 et
ΚO2 dans l'eau = 40,000.
La constante d'équilibre Κ dépend de la température et de la pression. Elle ne dépend pas de la naure du solvant lorsque le mélange est idéal.
Sa valeur est tabulée ou donnée en abaque. Pour les hydrocarbures légers en mélange dans le hydrocarbures lourds, l'abaque de Scheibel & Jenny donne les valeurs de cette constante en fonction de la température et de la pression.
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