🧂 Solubilité et précipitation
Une goutte de nitrate d'argent dans de l'eau salée, et pouf : un nuage blanc ! Une goutte d'iodure de potassium dans du nitrate de plomb, et c'est une « pluie d'or » de paillettes jaunes. Pourquoi ça précipite parfois tout de suite, parfois jamais ? Tout se joue entre deux nombres : le quotient Qs et le produit de solubilité Ks. Verse, dilue, ajoute un ion commun, change le pH… et deviens maître du précipité.
🧪 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
- Tant que Qs (calculé avec les quantités apportées) reste sous Ks, aucune trace de solide : la solution n'est pas saturée. Le premier cristal apparaît pile au moment où la courbe de Qs croise la droite de Ks.
- Dès que le précipité existe, le quotient réel reste bloqué à Ks (courbe bleue) : tout ce que tu ajoutes en plus se retrouve dans le solide, dont la quantité grimpe régulièrement.
- Avec des solutions concentrées, la toute première goutte suffit ; avec des solutions très diluées, il faut verser plusieurs millilitres, et parfois rien ne précipite même avec toute la burette.
- Dans une solution qui contient déjà l'un des ions du sel, la solubilité s'effondre : c'est l'effet d'ion commun. Pour PbI2, ajouter des ions I− est bien plus efficace qu'ajouter des ions Pb2+, car [I−] est élevée au carré dans Ks.
- Les hydroxydes précipitent quand le pH augmente : Fe(OH)3 dès pH 2, Mg(OH)2 seulement vers pH 9,4 (pour 0,01 mol/L). On peut ainsi séparer des ions métalliques en réglant le pH.
Expériences à faire
- Avec [Cl−] = [Ag+] = 1,0 × 10−4 mol/L, au bout de combien de millilitres le premier cristal de AgCl apparaît-il ? Retrouve ce volume par le calcul.
- Avec des solutions à 1,0 × 10−5 mol/L, pourquoi ne voit-on jamais de précipité, même avec toute la burette ?
- Calcule la solubilité de PbI2 dans l'eau pure (attention au coefficient 2), puis vérifie avec l'expérience ②. Avec ✏️ Mon sel, essaie aussi un sel de ton livre, par exemple CaF2 (type MX2, pKs = 10,4).
- Pour diviser la solubilité de PbI2 par 100, vaut-il mieux ajouter des ions Pb2+ ou des ions I− ? Quelle concentration faut-il ?
- Une solution contient Fe3+ et Cu2+ à 0,01 mol/L chacun : à quel pH peux-tu faire précipiter presque tout le fer sans perdre de cuivre ?
La chimie derrière l'animation
- Pour un solide ionique MaXb(s) ⇌ a M + b X, l'équilibre est caractérisé par le produit de solubilité Ks = [M]a × [X]b (concentrations en mol/L), et pKs = −log Ks. À 25 °C : AgCl 9,75 ; PbI2 8,0 ; CaCO3 8,5 ; Ag2CrO4 11,95.
- Critère de précipitation : on calcule Qs avec les concentrations apportées. Si Qs < Ks, la solution n'est pas saturée et il n'y a pas de solide ; si Qs > Ks, le solide précipite jusqu'à ce que Qs = Ks.
- Solubilité s : quantité maximale de solide dissous par litre de solution. Dans l'eau pure, Ks = (a s)a × (b s)b : s = √Ks = 1,3 × 10−5 mol/L pour AgCl, et s = (Ks/4)1/3 pour PbI2 ou Ag2CrO4.
- Effet d'ion commun : avec c mol/L d'ions Cl− déjà présents, Ks = s × (s + c) ≈ s × c, d'où s ≈ Ks/c, bien plus faible que dans l'eau pure.
- Hydroxydes M(OH)n : s = Ks/[HO−]n, soit log s = −pKs + n × (14 − pH), et le précipité apparaît quand s devient inférieure à c. Modèle de l'animation : activités assimilées aux concentrations, basicité de CO32− et complexes hydroxo négligés ; le nombre d'ions dessinés suit le logarithme de leur concentration.
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