Karamö, le prof virtuelLeçon 8 sur 22
Les facteurs de la dissolution
Je sais citer et expliquer les facteurs qui rendent une dissolution plus rapide ou plus importante, et utiliser la solubilité pour savoir si une solution est saturée.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Distinguer la vitesse de dissolution et la quantité maximale que l'on peut dissoudre (solubilité)
- Montrer par des expériences l'effet de l'agitation, de la division du soluté et de la température
- Expliquer le rôle de la nature du solvant et du soluté
- Calculer une masse maximale dissoute et reconnaître une solution saturée
Avant de commencer : Les solutions (solvant, soluté), la masse volumique (8e) ; le mélange de l'eau avec d'autres liquides et des gaz (9e).
1Je découvre
Chaque matin, à Kindia, Aïssatou prépare la bouillie de sa petite sœur. Elle a remarqué plusieurs choses.
Le sucre en poudre disparaît plus vite que le sucre en morceaux. Si elle remue avec une cuillère, cela va encore plus vite. Et dans la bouillie chaude, le sucre fond presque tout de suite, alors que dans l'eau fraîche du canari il met longtemps.
Un jour, elle a voulu faire un sirop très sucré pour son jus de gingembre : elle a versé beaucoup de sucre dans un petit verre d'eau froide. Elle a eu beau remuer longtemps, une partie du sucre est restée au fond. En chauffant le verre au bain-marie, ce sucre a fini par se dissoudre.
Sa mère lui dit aussi : « Pour enlever une tache de graisse, l'eau ne sert à rien, il faut du savon ou un peu de pétrole. »
De quoi dépendent la rapidité d'une dissolution et la quantité de soluté que l'on peut dissoudre ?
2Je comprends
1. Deux questions différentes
Quand on étudie une dissolution, il faut bien séparer deux questions :
- À quelle vitesse le soluté se dissout-il ? C'est la vitesse de dissolution.
- Quelle quantité maximale de soluté peut-on dissoudre dans une quantité donnée de solvant ? C'est la solubilité.
Certains facteurs agissent seulement sur la vitesse, d'autres agissent aussi sur la quantité maximale.
2. L'agitation
On met deux morceaux de sucre identiques dans deux verres contenant le même volume d'eau à la même température. On remue le premier verre, pas le second. Le sucre du verre remué disparaît beaucoup plus vite.
L'agitation accélère la dissolution : elle éloigne du soluté l'eau déjà chargée de sucre et amène de l'eau « neuve » à son contact. Mais elle ne permet pas de dissoudre plus de sucre qu'il n'est possible.
3. La division du soluté (la taille des grains)
On compare un morceau de sucre et la même masse de sucre en poudre, dans deux verres identiques, sans agiter. La poudre se dissout plus vite.
Plus le soluté est divisé (en petits grains), plus la dissolution est rapide : la surface de contact entre le soluté et le solvant est plus grande. C'est pour cela qu'on écrase les gros cristaux de sel avant de les utiliser en cuisine.
Ce facteur, lui aussi, agit sur la vitesse, pas sur la quantité maximale.
- L'agitation (on remue)
- La division du soluté (poudre, grains fins)
- Ne changent pas la solubilité
- La température du solvant
- La nature du solvant et du soluté
- Changent la solubilité
4. La température
On dissout du sucre dans deux verres, l'un d'eau froide, l'autre d'eau chaude. Dans l'eau chaude, la dissolution est plus rapide, et l'on peut surtout dissoudre beaucoup plus de sucre.
Pour la plupart des solides, une température plus élevée accélère la dissolution et augmente la solubilité. Les molécules d'eau, plus agitées, arrachent plus facilement les particules du solide.
L'effet n'est pas le même pour tous les solides :
| Soluté | Solubilité à 20 °C (par kg d'eau) | Solubilité à 100 °C (par kg d'eau) |
|---|---|---|
| Sucre (saccharose) | environ 2 040 g | environ 4 870 g |
| Sel de cuisine (chlorure de sodium) | environ 360 g | environ 390 g |
La solubilité du sucre fait plus que doubler entre 20 °C et 100 °C, alors que celle du sel change très peu.
Rappel de la leçon précédente : pour les gaz, c'est le contraire. Un gaz est moins soluble quand la température augmente.
5. La nature du solvant et du soluté
Un même soluté ne se dissout pas dans tous les solvants :
- le sel et le sucre se dissolvent bien dans l'eau, mais pas dans l'huile ;
- la graisse ne se dissout pas dans l'eau, mais elle se dissout dans l'essence ou le pétrole ;
- le diiode (utilisé autrefois comme désinfectant) se dissout très peu dans l'eau, mais bien dans l'alcool : c'est la teinture d'iode.
La solubilité dépend de la nature du soluté et de la nature du solvant. L'eau est un excellent solvant pour beaucoup de corps (sels, sucres) : c'est pourquoi on dit parfois que c'est un « solvant universel », même si elle ne dissout pas tout.
Le savon, lui, ne dissout pas la graisse : il l'entoure et la disperse en fines gouttelettes dans l'eau, qui peuvent alors être rincées.
6. Solution saturée et solubilité
Quand on ajoute du soluté petit à petit dans un solvant, à température constante, il arrive un moment où le soluté ne se dissout plus : il reste au fond, même si l'on agite longtemps. La solution est saturée.
La solubilité d'un soluté est la masse maximale de ce soluté que l'on peut dissoudre dans un litre (ou un kilogramme) de solvant, à une température donnée. Pour l'eau, 1 kg correspond à 1 L.
Méthode
Pour savoir si une solution est saturée :
- Je relève la solubilité s du soluté à la température de l'expérience (en g par litre d'eau).
- Je calcule la masse maximale que peut dissoudre le volume d'eau utilisé : m max = s × V (V en litres).
- Je compare avec la masse de soluté ajoutée.
- Si la masse ajoutée est inférieure, tout se dissout : la solution n'est pas saturée.
- Si elle est supérieure, la solution est saturée et l'excès (masse ajoutée − m max) reste au fond.
Exemple
Mamadou met 100 g de sel dans 250 mL d'eau à 20 °C. Tout le sel se dissout-il ? (solubilité à 20 °C : 360 g/L)
- Volume d'eau : 250 mL = 0,25 L.
- Masse maximale dissoute : 360 × 0,25 = 90 g.
- On a ajouté 100 g, soit plus que 90 g.
- La solution est saturée ; il reste au fond 100 − 90 = 10 g de sel non dissous.
- Chauffer jusqu'à 100 °C n'aiderait presque pas : 390 × 0,25 = 97,5 g seulement, toujours moins que 100 g.
Exemple
Aïssatou veut dissoudre 600 g de sucre dans 0,25 L d'eau. Est-ce possible à 20 °C ? Et à 60 °C ?
- À 20 °C : masse maximale = 2 040 × 0,25 = 510 g. On veut 600 g : 510 < 600, impossible ; il reste 600 − 510 = 90 g au fond.
- À 60 °C : masse maximale = 2 870 × 0,25 = 717,5 g. 600 g < 717,5 g : tout le sucre se dissout.
C'est pourquoi le sucre qui restait au fond de son verre s'est dissous au bain-marie.
- 1Je verse le même volume d'eau dans deux verres identiques.
- 2Je ne change qu'un seul facteur (par exemple : je remue un seul verre).
- 3Je garde tout le reste identique : même masse de sucre, même température, même forme de sucre.
- 4Je mesure le temps de dissolution dans chaque verre et je compare.
- 5Je conclus sur l'effet du facteur étudié.
3Je retiens
Je retiens
La vitesse de dissolution augmente avec l'agitation, la division du soluté (poudre) et la température.
L'agitation et la division ne changent pas la quantité maximale dissoute.
La solubilité = masse maximale de soluté dissoute dans 1 L (ou 1 kg) de solvant, à une température donnée.
Pour la plupart des solides, la solubilité augmente avec la température (beaucoup pour le sucre, peu pour le sel).
Pour les gaz, la solubilité diminue quand la température augmente.
La solubilité dépend de la nature du solvant et du soluté (la graisse se dissout dans l'essence, pas dans l'eau).
Solution saturée : elle ne peut plus dissoudre de soluté ; l'excès reste au fond.
4Erreurs fréquentes
- Croire que remuer plus longtemps permet de dissoudre plus : l'agitation accélère, mais une solution saturée ne dissout plus rien à température constante.
- Oublier de convertir les mL en L avant d'utiliser une solubilité en g/L : 250 mL = 0,25 L.
- Généraliser l'effet de la chaleur : il augmente la solubilité de la plupart des solides, mais diminue celle des gaz.
- Changer plusieurs facteurs à la fois dans une expérience : on ne peut plus savoir lequel a agi.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Cite trois facteurs qui accélèrent la dissolution du sucre dans l'eau. Lequel augmente aussi la quantité maximale de sucre dissous ?
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L'agitation, la division du sucre (sucre en poudre) et l'élévation de température accélèrent la dissolution. Seule la température augmente aussi la quantité maximale de sucre dissous (la solubilité).
2Exercice 2
Pour tester l'effet de la température, Ibrahima met un morceau de sucre dans un verre d'eau froide qu'il ne remue pas, et du sucre en poudre dans un verre d'eau chaude qu'il remue. Il conclut : « La chaleur accélère la dissolution. » Sa conclusion est-elle prouvée par son expérience ? Explique et propose une meilleure expérience.
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Non, la conclusion n'est pas prouvée : Ibrahima a changé trois facteurs à la fois (température, agitation, forme du sucre). On ne sait pas lequel a agi. Meilleure expérience : deux verres avec le même volume d'eau, un morceau de sucre identique dans chacun, aucune agitation ; seule la température change (eau froide dans l'un, eau chaude dans l'autre). On compare les temps de dissolution.
3Exercice 3
La solubilité du sel à 20 °C est de 360 g/L.
a) Quelle masse maximale de sel peut-on dissoudre dans 2 L d'eau ? Dans 500 mL d'eau ?
b) On met 50 g de sel dans 200 mL d'eau. La solution est-elle saturée ?
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a) Dans 2 L : 360 × 2 = 720 g. Dans 500 mL = 0,5 L : 360 × 0,5 = 180 g.
b) Dans 200 mL = 0,2 L, on peut dissoudre au maximum 360 × 0,2 = 72 g. On a mis 50 g, moins que 72 g : tout le sel se dissout, la solution n'est pas saturée.
4Exercice 4
Explique pourquoi :
a) on enlève une tache de graisse sur un vêtement avec un peu de pétrole plutôt qu'avec de l'eau pure ;
b) le sucre fond plus vite dans le thé chaud que dans l'eau fraîche.
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a) La graisse ne se dissout pas dans l'eau, mais elle se dissout dans le pétrole : la solubilité dépend de la nature du solvant.
b) Une température plus élevée accélère la dissolution : les molécules d'eau, plus agitées, détachent plus vite les particules de sucre.
5Exercice 5
(Type examen) On donne la solubilité du sucre dans l'eau : 2 040 g/L à 20 °C et 4 870 g/L à 100 °C.
a) Définis la solubilité.
b) Quelle masse maximale de sucre peut-on dissoudre dans 200 mL d'eau à 20 °C ?
c) Fatoumata verse 500 g de sucre dans 200 mL d'eau à 20 °C et agite longtemps. Décris ce qu'elle observe et calcule la masse de sucre non dissous.
d) Elle chauffe le mélange à 100 °C. Tout le sucre se dissout-il ? Justifie par un calcul.
e) Elle laisse refroidir jusqu'à 20 °C. Que peut-on prévoir ?
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a) La solubilité d'un soluté est la masse maximale de ce soluté que l'on peut dissoudre dans un litre de solvant, à une température donnée.
b) 200 mL = 0,2 L. Masse maximale : 2 040 × 0,2 = 408 g.
c) La solution devient saturée et une partie du sucre reste au fond malgré l'agitation. Masse non dissoute : 500 - 408 = 92 g.
d) À 100 °C, masse maximale : 4 870 × 0,2 = 974 g. Comme 500 < 974, tout le sucre se dissout.
e) En refroidissant, la solubilité redevient 408 g pour ces 200 mL. La solution contient plus de sucre qu'elle ne peut en garder : environ 92 g de sucre vont réapparaître sous forme de cristaux (en pratique, cela peut prendre du temps).
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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