Comprendre la Solubilité et le Produit de Solubilité

1. Notion de solubilité

1.1. Solubilité de saturation : À mesure que la concentration des ions dans la solution augmente, ils ont tendance à se déposer sur les parois. Ainsi, un équilibre est atteint entre la dissolution et la cristallisation. Dans ces conditions, le milieu est dit saturé. La solubilité d'un soluté est la concentration du soluté dans une solution saturée.

1.2. Influence de la température

Il est fréquent que la solubilité d'un solide ionique dans l'eau augmente avec la température.

1.3. Effet du soluté

La solubilité des substances ioniques dans l'eau varie considérablement. Cela est dû à deux facteurs :

• Les cristaux très stables sont plus difficiles à dissoudre. Les cristaux dont les ions présentent un rapport charge/rayon élevé seront plus difficiles à dissoudre.
• Le processus d'hydratation libère de l'énergie ionique, ce qui favorise la dissolution. Les composés solubles sont généralement formés par de petits ions situés à une distance relativement grande.

2. Le produit de solubilité (Ks)

Lorsqu'on tente de dissoudre une substance peu soluble, un équilibre est rapidement atteint entre la substance solide non dissoute et les ions dissociés. S'agissant d'un équilibre hétérogène, la concentration du solide ne varie pas et est intégrée dans la constante appelée produit de solubilité (Ks).

2.1. Produit ionique (Q)

Le produit ionique a la même expression que le produit de solubilité, mais les concentrations en ions y correspondent à un instant donné. Il existe trois possibilités :

• Q < Ks : Dissolution non saturée.
• Q = Ks : Dissolution saturée.
• Q > Ks : Dissolution sursaturée.

3. Réactions de précipitation

Si le produit ionique du composé dépasse le produit de solubilité, une réaction de précipitation se produit. Les ions réagissent rapidement pour former un solide appelé précipité.

4. Précipitation fractionnée

Un problème courant en chimie est la séparation de deux ions dans une même solution. Une méthode consiste à ajouter une solution d'autres ions pour former des composés insolubles avec les deux. L'ion le plus insoluble peut précipiter avant que le second ne commence à le faire, permettant ainsi de séparer les deux ions par filtration. Ce processus est appelé précipitation fractionnée.

5. Équilibre de solubilité

La solubilité d'un composé est influencée par l'effet d'ion commun, l'acidité du milieu, la formation de précipités insolubles et la formation d'un complexe plus stable.

5.3. Formation d'un précipité plus insoluble

Une autre manière de dissoudre un précipité est d'en former un autre encore plus insoluble, poussant ainsi le premier à se dissoudre.

5.4. Formation d'un complexe stable

Un complexe est un composé constitué d'un atome central lié à un ensemble de molécules ou d'ions appelés ligands. Ces composés se forment lorsque les ligands se lient à l'atome central. Les complexes sont également appelés composés de coordination.