Sirius IS – Livre du professeur Chapitre 13. Dissolution et solvatation Chapitre 13 Dissolution et solvatation Manuel pages 218 à 235 Choix pédagogiques. Ce chapitre suit immédiatement celui sur les solides ioniques et moléculaires et sur les interactions assurant leur cohésion.
Le point de départ de la progression choisie est un classement expérimental des solvants (solvants polaires et solvants apolaires). Une interprétation microscopique, à l’al notions de polarité e c c prévoir la polarité ou – d’un solvant : c’est u constamment confro met ensuite de te du chimiste, roblème du choix du solvant pour les especes qu’il étudie ou synthétise.
La préparation de solutions ayant déjà été traitée en classe de seconde, c’est un aspect nouveau pour les élèves, et spécifique aux solutions ioniques, qui sera mis en valeur dans ce chapitre : on ne s’intéresse plus seulement à la masse ou à la quantité de matière de solide ionique qui a été dissous par litre de solution, mais à la concentration de chaque ion dans la solution, en s’appuyant sur la conservation de la matière lors d’une dissolution, à l’aide d’un tableau d’évolution.
Pages d’ouverture de chapitre Jardin chimique créé dans une solution de silicate de sodium introduction dans la solution ;
Lorsque du sulfate de cuivre solide (ou du sulfate de nickel solide) est introduit dans de l’eau, les molécules d’eau à proximité du cristal ffaiblissent les interactions entre les ions au sein du cristal : il existe donc des interactions entre les molécules d’eau et les ions du cristal, et ces interactions sont à l’origine de la dissolution du solide ionique dans l’eau (ou une solution aqueuse). Pour illustrer cette étape, on pourra réaliser devant les éleves la dissolution de cristaux de sulfate de cuivre ou de sulfate de nickel dans de l’eau.
Cependant, dans le cas du jardin chimique, les solides ioniques ne sont pas introduits dans l’eau, mais dans une solution aqueuse de silicate de sodium. La photographie montre bien qu’il e s’agit pas d’une simple dissolution de solides ioniques dans l’eau : on n’obtient pas une solution colorée (bleue ou verte) ; des tiges colorées solides se forment. Si le sulfate de cuivre (et le sulfate de nickel) se dissolvent dans un premier temps dans la solution aqueuse de silicate de sodium, il se produit ensuite une transformation chimique.
Suite à cette conclusion, les élèves peuvent être guidés, et en déduire que les ions cuivre (Il et les ions nickel (II) précipite ns de la solution de PAGF 35 nickel (Il) précipitent avec des ions de la solution de silicate de la olution initiale pour former les tiges colorées. @ Nathan 2011 1/23 Pour aller plus loin, il est aussi possible d’évoquer le phénomène de croissance des tiges colorées vers le haut au fur et à mesure de la formation du jardin chimique.
Les précipités formés sont sous forme de membranes délimitant des cellules ; l’intérieur de ces cellules est plus concentré en ions (entre autres Cu2+) que l’extérieur. Cette différence de concentration fait entrer de l’eau dans les cellules (c’est le phénomène d’osmose) : la membrane de la cellule se casse, et se reforme juste à côté, et ainsi de suite. Pinceaux pour peinture à l’huile et pinceaux pour aquarelle L’objectif est ici, à partir d’une situation concrète, de rappeler le rôle d’un solvant et les critères de son choix.
Le choix du solvant pour nettoyer les pinceaux dépend de la composition de la peinture utilisée. L’aquarelle, constituée de pigments et de gomme arabique, utilise – comme son nom l’indique — l’eau comme solvant, la gomme arabique y étant très soluble ; cette peinture est souvent très diluée, pour obtenir les effets de transparence souhaités. une peinture à l’huile est une combinaison d’huile (de lin) et de pigments, plus ou moins iluée par un solvant organi ue (comme l’éther de pétrole térébenthine, le white PAGF 5 l’eau pour l’aquarelle, un solvant organique pour la peinture à l’huile.
La question posée amène à réfléchir sur les propriétés d’un solvant adapté à une situation donnée : on cherche un solvant dans lequel les principaux composants de l’aquarelle sont solubles, ou un solvant dans lequel ceux de la peinture à l’huile sont solubles. Les élèves peuvent alors comprendre que, dans l’industrie de la peinture par exemple, il est utile de pouvoir prévoir la solubilité de telle espèce chimique dans tel olvant. réparation d’une mayonnalse La recette et la photographie incitent tout d’abord à réfléchir sur la composition et la structure de la mayonnaise, qu’on appelle une émulsion. Pour tenter de répondre à la question, les élèves peuvent se demander quel serait le résultat si l’on omettait le jaune d’œuf (et sa lécithine) dans la recette de la mayonnaise : la réponse peut être donnée par une brève expérience en classe, ou par l’expérience personnelle de la vie quotidienne des élèves. Si l’on agite vigoureusement un mélange d’huile, de sel, de poivre et de outarde, on obtient bien une émulsion . n n’observe pas deux phases (aqueuse et huileuse) bien distinctes, mais de très fines gouttelettes (éventuellement tellement fines qu’on ne les voit plus à l’œil nu) de l’une dans l’autre. Mais la phase aqueuse – due à l’eau présente dans la moutarde – et la phase huileuse se séparent assez rapidement (en quelques minutes ou au plus quelques heures), alors que la mayonnaise garde son aspect d’émulsion : la lécithine du jaune d’œuf permet donc de former une émulsion beaucoup plus stable.
Si la lécithine perm Si la lécithine permet ‘émulsionner l’eau et l’huile, c’est-à-dire d’obtenir de manière stable de fines gouttelettes de l’un des deux solvants dans l’autre, c’est que sa structure lui donne des propriétés particulières à la fois vis-à-vis de l’eau et de l’huile : l’élève peut alors imaginer que la lécithine est sans doute constituée de deux parties aux propriétés bien différentes. 2/23 Découvrir et réfléchir Activité expérimentale 1 : IJn classement pour les solvants Commentaires.
Cette première activité s’appuie dans un premier temps sur l’observation de photographies d’une expérience de dissolution ; une démarche ‘investigatlon conduit ensuite les élèves à proposer un classement expérimental des solvants : les solvants dits polaires dissolvent bien les solides ioniques et certains solides moléculaires (polaires), et les solvants dits apolaires dissolvent bien des solides moléculaires comme le diiade.
Cette activité donne aussi aux élèves l’occasion de faire une synthèse de leurs (nombreuses) observations expérimentales pour les exposer oralement à l’ensemble de la classe. Remarques : l’activité telle qu’elle est proposée ici ne permet pas d’établir une échelle de olarité des solvants, qui seront considérés soit comme polaires, soit comme apolaires. La PAGF s 5 polaires. De plus, pour éviter d’éventuelles difficultés d’interprétation, nous avons choisi des solvants et des solides différents dans les deux parties (observation d’une photographie d’expérience et démarche d’investigation).
En effet, le diiode (solide moléculaire apolaire) est en fait aussi soluble dans l’éthanol (solvant classé comme polaire dans la démarche d’investigation) : la polarité n’est en fait pas la seule propriété ? prendre en compte pour interpréter la solubilité d’une espèce ans un solvant. Réponses 1. Observer une photo d’expérience a. Le diiode est très soluble dans le dichlorométhane et l’acétate d’éthyle, et insoluble (ou peu soluble) dans l’eau.
En effet, le changement de couleur du dichlorométhane et de l’acétate d’éthyle dans l’éprouvette située à droite de la photographie indique qu’une espèce s’est dissoute dans ces solvants : le diiode. La phase aqueuse est restée incolore : le diiode ne s’y est donc pas dissous (sinon la phase aqueuse prendrait une coloration jaune pâle). b. Seule la phase aqueuse change de couleur en présence de ulfate de cuivre : ce solide ionique est donc soluble dans l’eau, mais pas dans le dichlorométhane et l’acétate d’éthyle.
On pourrait néanmoins imaginer que le sulfate de cuivre soit soluble et incolore dans le dichlorométhane comme dans l’acétate d’éthyle : on pourrait alors éventuellement proposer une expérience complémentaire, pour vérifier que le sulfate de cuivre ne se dissout ni dans le dichlorométhane ni dans l’acétate d’éthyle c. L’eau dissout bien le sul , solide ionique : c’est certainement un solvant polaire – qui dissout bien un solide ionique mais pas le diiode.
Le diiode est soluble dans le dichlorométhane et l’acétate d’éthyle, qui sont donc vraisemblablement des solvants apolaires – qui dissolvent bien le diiode mais pas les solides ioniques. 3/23 Démarche d’investigation Cette démarche d’investigation utilise les raisonnements de la première partie de l’activité (observation d’une photographie d’expérience). Un solvant dans lequel un solide ionique est soluble est un solvant polaire.
Pour savoir si un solvant est polaire, il suffit de vérifier expérimentalement qu’un (ou plusieurs) solide(s) ionique(s) s’y dissout (dissolvent) bien. our cela, les élèves doivent penser à travailler sur de petites quantités : on verse un ou deux millilitre(s) de solvant dans un tube à essais à l’aide d’une pipette jetable, avant d’y introduire une pointe de spatule de solide (ou inversement). On peut alors classer les solvants comme polaires (s’ils dissolvent les solides ioniques) ou apolaires (s’ils ne dissolvent pas les solides ioniques).
Dans le matériel proposé, les élèves remarquent que des solides moléculaires sont aussi disponibles. Dans la première partie de l’activité, un solide moléculaire, le diiode, était aussi is en jeu : il est soluble dans les solvants d’ts apolaires. Pour classer ces solides molécu PAGF 7 5 solubles dans des solvants apolaires, ils se comportent comme le diiode ; sinon, ce sont des espèces moléculaires qui ont des propriétés différentes, puisqu’elles sont solubles dans des solvants polaires.
Le matériel, les solides et les solutions disponibles permettent donc à la fois de proposer un classement pour les solvants et pour les solides proposés. Assez rapidement, les élèves doivent se rendre compte que pour être menée à bien, cette activité nécessite de l’organisation. Ils doivent réfléchir à une stratégie pour éviter de perdre du temps et de mélanger les diverses observations.
Une possibilité est de préparer cinq tubes ? essais sur un portoir ; dans chaque tube, on introduit l’un des solvants : dans le premier, l’eau, dans le deuxième, l’éthanol, dans le troisième, l’acétone, dans le quatrième, le cyclohexane, et dans le dernier, l’éther de pétrole. Le solide testé est alors introduit dans chaque tube. Pour chaque solide, on préparera les cinq tubes de solvants de la même façon. Avant de commencer, il peut aussi être judicieux de préparer un ableau dans lequel seront récapitulées les observations.
Au-delà de la question posée, les élèves peuvent se demander si les solvants proposés sont miscibles entre eux, et ils peuvent répondre à cette nouvelle question en mettant en œuvre des manipulations. Ils découvriront alors que trois solvants – l’eau, l’acétone, l’éthanol – sont miscibles entre eux mais non mscibles avec les deux autres (le cyclohexane et l’éther de pétrole). De même, le cyclohexane et l’éther de pétrole sont miscibles entre eux mais non miscibles avec les trois autres solvants proposés.
Ainsi, pour « économiser » des tubes ? PAGF 8 5 avec les trois autres solvants proposés. Ainsi, pour « économiser » des tubes ? essais, les élèves pourront introduire deux solvants non miscibles dans un même tube pour tester la solubilité d’un solide ionique dans ces deux solvants. 2. Formuler des hypothèses Pour savoir si un solide est soluble ou non dans chacun des solvants proposés, il suffit de verser un ou deux millilitres de solvant dans un tube à essais, avant d’y introduire une pointe de spatule du solide choisi.
Après avoir bouché et agité le tube ? ssais, on observe son contenu : SI la totallté du solide introduit se dépose au fond du tube et si le solvant reste 4/23 incolore, le solide étudié peut être considéré comme non soluble dans ce solvant. Dans le cas contraire, le solide étudié est considéré comme soluble dans le Une fois que l’on sait si les solides ioniques proposés sont solubles ou non dans les différents solvants, on peut classer les solvants comme polaires (s’ils dissolvent les solides ioniques) ou 3.
Expérimenter pour conclure Les résultats expérlmentaux peuvent être récapitulés dans un tableau. n « + » indique ici que le solide étudié est soluble dans le solvant choisi, un » qu’il n’y est pas soluble. Solvant deux solides ioniques utilisés (permanganate de potassium et chlorure de cobalt) sont solubles dans l’eau, l’éthanol et l’acétone : ces trois solvants sont donc polaires (en effet, d’après le 1. c, les solides ioniques sont solubles dans les solvants polaires).
Les solides ioniques utilisés ne sont pas solubles dans le cyclohexane et l’éther de pétrole. Ces deux solvants sont vraisemblablement apolaires. Si la miscibilité des différents solvants a aussi été testée, les ésultats confirment ce classement des solvants : les trois solvants miscibles entre eux – l’eau, l’éthanol, l’acétone – ont vraisemblablement des propriétés communes ; ils sont polaires, et non miscibles avec les deux autres solvants, apolaires, le cyclohexane et l’éther de pétrole.
Ces deux solvants apolaires sont aussi miscibles entre eux. Le cyclohexane et l’éther de pétrole solubilisent en revanche deux solides moléculaires, le rouge soudan (Ill) et la paraffine : ces deux solides moléculaires se comportent donc comme le diiode (vu dans la première partie de l’activité), ce sont des solides oléculaires solubles dans des solvants apolaires. De même que le diiode, le rouge soudan (Ill) et la paraffine ne sont pas solubles dans des solvants polaires (comme l’eau, l’éthanol et l’acétone).
Le glucose, qui est aussi un solide moléculaire, n’est, lui, pas soluble dans le cyclohexane et l’éther de pétrole, et il est soluble dans l’eau. Il n’a donc pas les mêmes propriétés que la paraffine et le rouge soudan (Ill). Mais il ne se dissout ni dans l’éthanol ni dans l’acétone. La polarité du solvant n’est donc as suffisante pour comparer le comportement du glucos
