🧂 La dissolution d'un solide ionique : dispersion, solvatation
Jette du sel dans l'eau : il disparaît. Pas de magie, mais une armée de petites molécules d'eau qui se jettent sur le cristal ! Zoome à l'échelle des ions et regarde-les arracher chaque Na⁺ et chaque Cl⁻, les emmitoufler dans un manteau d'eau et les emporter. Essaie ensuite le cyclohexane… et constate que là, personne ne bouge.
🧪 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
- Les molécules d'eau sont polaires : l'oxygène porte une charge partielle δ− et les hydrogènes une charge partielle δ+. Elles tournent l'oxygène vers les cations et les hydrogènes vers les anions.
- Les ions de la surface du cristal, surtout ceux des coins et des arêtes (moins entourés), sont arrachés en premier : c'est la dissociation du cristal.
- Chaque ion arraché reste entouré d'une petite coquille de molécules d'eau : c'est la solvatation (on dit hydratation quand le solvant est l'eau). Les ions solvatés se répartissent ensuite dans tout le liquide : c'est la dispersion.
- Les ions partent toujours dans les bonnes proportions : pour CaCl2, deux ions Cl− pour un ion Ca2+. La solution reste électriquement neutre.
- Dans le cyclohexane, apolaire, aucune molécule n'attire les ions : le cristal reste intact. Dans l'eau, l'attraction entre ions est divisée par εr ≈ 78,5, ce qui aide à les séparer.
Expériences à faire
- Compare la dissolution du sel dans l'eau, dans l'éthanol et dans le cyclohexane. Quel solvant est le plus efficace ? Pourquoi ?
- Avec le chlorure de calcium, compte les ions dissous dans le zoom : y a-t-il toujours deux fois plus d'ions Cl− que d'ions Ca2+ ?
- Quelle masse de CaCl2 faut-il dissoudre dans 250 mL pour que [Cl−] = 0,300 mol/L ? Vérifie avec les formules.
- Mets beaucoup de sulfate de potassium dans peu d'eau : que se passe-t-il ? Et si tu augmentes le volume ?
- Avec « ✏️ Mon solvant », fais varier εr de 100 à 1 : comment évoluent l'attraction entre les ions et la quantité dissoute ?
La chimie derrière l'animation
- Équation de dissolution d'un solide ionique : par exemple NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq) ; CaCl2(s) → Ca2+(aq) + 2 Cl−(aq). Elle conserve les éléments et les charges.
- Trois étapes : dissociation du cristal (les ions se séparent), solvatation (chaque ion s'entoure de molécules de solvant polaires), dispersion (les ions solvatés se répartissent dans la solution).
- Concentration apportée : c = n / V = m / (M × V). Pour CaCl2 : [Ca2+] = c et [Cl−] = 2c. Électroneutralité : 2 × [Ca2+] = 1 × [Cl−].
- Loi de Coulomb : F = k × |q1 × q2| / d2 avec k = 8,99 × 109 N·m2·C−2. Dans un solvant de permittivité relative εr, la force est divisée par εr (78,5 pour l'eau, 24,5 pour l'éthanol, 2,0 pour le cyclohexane).
- Modèle de la simulation : cristal en 2D, rayons des ions réels (Na+ 102 pm, Cl− 181 pm…), solubilités tabulées approchées dans l'eau et l'éthanol, vitesse de dissolution simplifiée. Une vraie coquille d'hydratation compte souvent 6 molécules d'eau, et les ions bougent bien plus vite.
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