À propos de cette expérience
Quand on mélange du sucre dans du thé, il disparaît, mais si l’on continue à en ajouter, une partie finit par rester au fond : la solution est saturée. La quantité d’une substance qui peut se dissoudre dépend de la température, et une courbe de solubilité montre exactement comment. Ajoutez du sel à de l’eau dans un bécher, chauffez-la puis refroidissez-la, et suivez le mélange sous la forme d’un point sur le graphique. Lorsque le point se trouve au-dessus de la courbe, il reste des cristaux ; le refroidissement d’une solution chaude saturée fait apparaître des cristaux.
Objectifs pédagogiques
- Définir la solubilité et une solution saturée
- Lire des valeurs de solubilité sur une courbe de solubilité
- Utiliser une courbe de solubilité pour déterminer si un mélange est saturé ou non saturé
- Calculer la masse des cristaux formés lors du refroidissement d’une solution saturée
- Expliquez comment la cristallisation par refroidissement sépare des substances ayant des courbes de solubilité différentes.
Comment l’utiliser
- 1Avec du nitrate de potassium à 20 °C, ajoutez du sel lentement jusqu’à ce que les cristaux restent au fond. Comparez la masse avec la valeur indiquée pour la solubilité.
- 2Ajoutez 100 g de nitrate de potassium à 100 g d’eau à 20 °C. Chauffez jusqu’à 80 °C. Qu’arrive-t-il aux cristaux ?
- 3Refroidissez maintenant la solution jusqu’à 10 °C. À quelle température les cristaux commencent-ils à apparaître ? Combien de grammes se forment ?
- 4Répétez l’expérience avec du chlorure de sodium. Pourquoi le refroidissement est-il un moyen peu efficace d’obtenir des cristaux de sel à partir de l’eau de mer ?
- 5Doublez la quantité d’eau pour atteindre 200 g. Comment la masse pouvant se dissoudre évolue-t-elle ? La solubilité change-t-elle ?
- 6Choisissez le sulfate de lithium et chauffez une solution saturée. Qu’est-ce qui est particulier dans sa courbe ?
Le modèle
Hypothèses
- Les valeurs proviennent de tableaux de données standard par pas de 10 °C et sont reliées par une courbe lisse qui ne dépasse jamais les valeurs du tableau.
- La solution atteint toujours immédiatement l’équilibre. Les solutions réelles peuvent rester sursaturées pendant un certain temps avant que des cristaux n’apparaissent.
- Aucune eau ne s’évapore lorsque la solution est chauffée. Le sulfate de cuivre est comptabilisé sous forme de CuSO₄ anhydre, bien qu’il cristallise sous forme d’hydrate bleu.
À essayer en classe
- Q1Quelle est la solubilité du nitrate de potassium à 50 °C ?
- Q2À 40 °C, on mélange 50 g de chlorure de potassium à 100 g d’eau. La solution est-elle saturée ? Quelle quantité ne se dissout pas ?
- Q3On refroidit de 60 °C à 20 °C une solution saturée de nitrate de potassium dans 100 g d’eau. Quelle masse de cristaux se forme ?
- Q4On dissout dans de l’eau chaude un mélange de nitrate de potassium et d’un peu de chlorure de sodium, puis on le refroidit. Quelle substance cristallise en premier ? Pourquoi ?
- Q5Les gaz sont moins solubles dans l’eau lorsqu’elle se réchauffe. Pourquoi cela peut-il nuire aux poissons des rivières situées près des centrales électriques ?
Foire aux questions
Pourquoi la plupart des solides se dissolvent-ils mieux dans l’eau chaude ?
Pour la plupart des sels, la dissolution absorbe de l’énergie de l’environnement. Augmenter la température fournit cette énergie, ce qui permet à une plus grande quantité de solide de se dissoudre avant que la solution ne soit saturée.
Que signifie un point situé sous la courbe ?
La solution est insaturée : elle contient moins de soluté qu’elle ne pourrait en contenir à cette température, donc une plus grande quantité pourrait encore se dissoudre. Un point situé au-dessus de la courbe signifie qu’une partie du solide reste non dissoute.
Pourquoi la courbe du chlorure de sodium est-elle si plate ?
Sa solubilité varie à peine avec la température : environ 36 g à 20 °C et 40 g à 100 °C. Pour obtenir du sel à partir de l’eau de mer, il faut faire évaporer l’eau plutôt que la refroidir.