Tu verses une cuillère de sucre dans ton thé : les grains disparaissent, et pourtant le thé est bien sucré. Où est passé le sucre ? Et si tu en ajoutais encore et encore, finirait-il toujours par disparaître ? Les solutions et la solubilité répondent à ces questions : on découvre que l’on ne peut pas dissoudre n’importe quelle quantité de n’importe quoi.
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Dissoudre : ce que l’on observe
Mets une cuillère de sel fin dans un verre d’eau et remue. Les grains blancs disparaissent peu à peu et le liquide redevient transparent, comme de l’eau pure. Pourtant, le sel est toujours là : l’eau a un goût salé, et si on laisse l’eau s’évaporer, des cristaux de sel réapparaissent. Le sel n’a pas disparu, il s’est dissous : ses constituants se sont dispersés dans l’eau, trop petits pour être vus.
Le solvant est le liquide qui dissout (ici l’eau). Le soluté est l’espèce que l’on dissout (ici le sel). Le mélange homogène obtenu est la solution. Quand le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse. L’opération s’appelle la dissolution.
« Transparent » ne veut pas dire « sans soluté ». Une solution peut être colorée (sirop, thé) ou incolore (eau salée, eau sucrée) : ce qui compte, c’est qu’on ne distingue plus les grains et qu’il n’y ait qu’un seul aspect visible. Un mélange trouble où l’on voit des grains n’est pas une solution.
Soluble, insoluble, miscible
Toutes les espèces ne se dissolvent pas dans l’eau. Le sable reste au fond du verre : il est insoluble dans l’eau. Le sucre et le sel sont solubles. Pour deux liquides, on parle de miscibilité : l’alcool et l’eau sont miscibles (on obtient un seul liquide), l’huile et l’eau ne le sont pas : elles forment deux couches séparées.
| Mélange avec l’eau | Ce que l’on voit | Conclusion |
|---|---|---|
| Sel fin | un liquide transparent | soluble : solution |
| Sucre | un liquide transparent | soluble : solution |
| Sable | grains au fond | insoluble |
| Huile | deux couches | non miscible |
| Alcool à brûler | un seul liquide | miscible |
Solutions aqueuses et solubilité : la limite
Ajoutons du sel dans 100 mL d’eau, petit à petit. Au début, tout se dissout. Mais au-delà d’une certaine quantité, du sel reste au fond du verre, même en remuant longtemps : l’eau ne peut plus en dissoudre davantage. La solution est alors saturée.
La solubilité d’une espèce dans un solvant est la masse maximale de cette espèce que l’on peut dissoudre dans un volume donné de solvant (1 L en général), à une température donnée. Une solution qui contient cette quantité maximale est dite saturée ; le soluté en excès reste solide au fond : c’est le dépôt.
La solubilité dépend du soluté et de la température. À 20 °C, dans 1 L d’eau, on peut dissoudre environ :
| Soluté | Solubilité dans l’eau à 20 °C |
|---|---|
| Sel de cuisine | environ 360 g/L |
| Sucre | environ 2 000 g/L |
| Bicarbonate de soude | environ 95 g/L |
Le sucre est donc bien plus soluble que le sel. Agiter ou broyer le soluté permet de dissoudre plus vite, mais ne change pas la quantité maximale dissoute. Pour beaucoup de solides, chauffer l’eau permet d’en dissoudre davantage. Pour un gaz, c’est l’inverse : une boisson gazeuse chaude retient moins de dioxyde de carbone qu’une boisson froide.
La masse se conserve lors d’une dissolution
Quand on dissout un soluté, rien ne se perd : la masse de la solution est égale à la somme de la masse du solvant et de celle du soluté.
m(solution) = m(solvant) + m(soluté dissous)
On dissout 30 g de sucre dans 250 mL d’eau, soit 250 g d’eau. La masse de la solution est 250 + 30 = 280 g. Sur une balance, le verre garde la même masse avant et après dissolution (à condition de ne rien laisser s’échapper).
La concentration en masse
Pour dire « à quel point » une solution est chargée en soluté, on utilise la concentration en masse : la masse de soluté dissous par litre de solution.
c = m ÷ V avec m en grammes (g), V en litres (L) et c en g/L
On dissout 20 g de sel dans de l’eau pour obtenir 0,50 L de solution. On calcule c = 20 ÷ 0,50 = 40 g/L. Comme 40 g/L est bien inférieur à la solubilité du sel (360 g/L), la solution n’est pas saturée.
Quelle masse maximale de sel peut-on dissoudre dans 100 mL d’eau à 20 °C ? 100 mL = 0,100 L et la solubilité vaut 360 g/L, donc m = 360 × 0,100 = 36 g. Si l’on en met 45 g, la masse non dissoute est 45 − 36 = 9 g : elle forme le dépôt.
Récupérer le soluté
On peut retrouver le soluté dissous en faisant évaporer le solvant : l’eau part sous forme de vapeur et le soluté reste. C’est ce que font les sauniers dans les marais salants avec l’eau de mer, qui contient environ 35 g de sel par litre.
Soluté + solvant = solution. Si on ajoute trop de soluté, la solution est saturée et le reste tombe au fond. Une dissolution ne détruit rien : la masse est conservée.
L’essentiel à retenir
- Dans une solution, le solvant dissout le soluté ; avec l’eau, on parle de solution aqueuse.
- Une solution est un mélange homogène : on n’y distingue plus le soluté.
- La solubilité est la masse maximale de soluté dissoute dans un volume donné de solvant à une température donnée.
- Au-delà, la solution est saturée et le soluté en excès se dépose.
- La masse se conserve : m(solution) = m(solvant) + m(soluté).
- La concentration en masse est c = m ÷ V (en g/L).