🧊 La courbe de solubilité et la cristallisation
Le sucre fond dans le thé chaud mais reste au fond du thé glacé : la quantité qu'on peut dissoudre dépend de la température. Ici, tu pilotes un bain chaud ou glacé et tu suis un petit point sur la courbe de solubilité : tant qu'il est sous la courbe, tout va bien ; dès qu'il passe au-dessus… les cristaux débarquent !
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Le point de la solution a pour coordonnées la température θ et t = 100 × m / meau : la masse de soluté pour 100 g d'eau.
- Point sous la courbe : la solution est insaturée, tout est dissous. Point sur la courbe : elle est juste saturée. Point au-dessus : le surplus ne peut pas rester dissous et forme des cristaux.
- Quand on refroidit, le point se déplace vers la gauche à hauteur constante. Pour le nitrate de potassium, la courbe descend vite : il traverse la courbe et beaucoup de cristaux apparaissent.
- Le segment vertical entre le point et la courbe représente la masse de cristaux pour 100 g d'eau : la lecture graphique donne directement la masse cristallisée.
- Pour le sel, la courbe est presque plate : refroidir ne donne presque rien. Pour le carbonate de lithium, la solubilité diminue quand θ augmente : il cristallise… en chauffant !
Expériences à faire
- Avec 50 g de nitrate de potassium dans 100 g d'eau, à quelle température les premiers cristaux apparaissent-ils quand on refroidit ?
- Combien de cristaux obtiens-tu en refroidissant de 60 °C à 20 °C une solution de 80 g de KNO3 dans 100 g d'eau ? Vérifie avec mcristaux = m − s(20 °C) × meau / 100.
- Compare le sel et le nitrate de potassium dans deux béchers côte à côte : lequel se purifie bien par refroidissement ?
- Que se passe-t-il si tu diminues la masse d'eau (évaporation) à température constante ?
- Avec « ✏️ Mon soluté », entre les solubilités d'un exercice et vérifie ta lecture graphique en mode 🔮.
La chimie derrière l'animation
- La solubilité s(θ) d'un solide est la masse maximale qu'on peut dissoudre dans 100 g d'eau à la température θ. Elle dépend du soluté, du solvant et de la température ; la courbe s(θ) s'appelle la courbe de solubilité.
- Masse maximale dissoute dans meau : mmax = s(θ) × meau / 100. Si m ≤ mmax, la solution est insaturée (ou juste saturée si m = mmax) ; si m > mmax, elle est saturée et il reste mcristaux = m − mmax de solide.
- En refroidissant de θ1 à θ2 une solution saturée : mcristaux = (s(θ1) − s(θ2)) × meau / 100. C'est le principe de la cristallisation et de la recristallisation.
- Comme 100 g d'eau occupent environ 100 mL, la concentration maximale Cm,max (en g/L) vaut environ 10 × s, un peu moins quand on la rapporte au litre de solution (ex. NaCl : s ≈ 36 g, Cm,max ≈ 317 g par litre de solution à 20 °C).
- Valeurs de l'animation (g pour 100 g d'eau, tables usuelles) : KNO3 13,3 à 0 °C, 31,6 à 20 °C, 110 à 60 °C, 246 à 100 °C ; NaCl 35,7 à 0 °C et 39,0 à 100 °C ; Li2CO3 1,54 à 0 °C et 0,72 à 100 °C. La température de la solution suit celle du bain en temps accéléré.
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