LC15 : Solvant
Bibliographie
- De Boeck, PCSI, Schott
- Florilège de chimie pratique, p. 125-126
- Blanchard (solvolyse tertiobutile)
Niveau
CPGE
Prérequis
- Liaison hydrogène
- Liaisons de van der Waals
- Solubilité
- Moment dipolaire
- Loi de Coulomb
- Extraction liquide-liquide
Introduction
On peut donner une définition d’un solvant, c’est une substance qui permet de diluer, dissoudre ou extraire des espèces sans les modifier ou se modifier lui-même. On mentionne aussi le caractère ultra majoritaire du solvant sur les solutés.
Les intéractions solvant-soluté sont différentes d’un solvant à l’autre. On va expliquer cela au cours de cette leçon.
I. Propriétés des solvants
1) Polarité, pouvoir ionisant
Un solvant est dit polaire s’il a un moment dipolaire Vect{μ}=!0
Un solvant qui a un moment dipolaire nul est apolaire .
Diapo : On peut montrer différents solvants polaires et apolaires
Pouvoir ionisant : capacité d’un solvant à ioniser une paire d’ions. Il augmente avec μ.
Ex : NaCl -> (Na++Cl-) (c’est une ionisation).
Il faut savoir nuancer le caractère polaire/apolaire, parler de peu polaire (ex éthanol et eau). De plus certaines molécules ont des parties apolaire et d’autres parties polaires. Il faut savoir les identifier.
2) Permitivité, pouvoir dissociant
On définit la permitivité relative εr avec la loi de Coulomb dans le solvant : f=qq’/(4πε0εrd2). Ex : pour l’eau εr=80 : la force d’attraction au sein d’une paire d’ions est divisée par 80.
Deux charges de signes opposés sont en intéraction mutuelle, chacune subissant la force d’attraction coulombienne qui est inversement proportionnelle à εr. Plus εr est grand plus elles sont écrantées donc moins elles se voient. On dit alors que le solvant est dissociant.
Pouvoir dissociant : capacité d’un solvant à dissocier une paire d’ions. Il augmente avec εr.
Ex : (Na++Cl-) -> Na++Cl- (dissociation)
3) Proticité
Un solvant est dit protique lorsqu’il possède des protons H susceptibles de former des liaisons hydrogène. Le solvant est aprotique
Diapo : On peut montrer des liaisons H dans l’eau ou l’éthanol.
Solvatation : Les molécules de solvant s’arrangent autour des espèces à solvater en formant des intéractions (hydrogènes ou van der Walls).
Bilan de la première partie : Qui se ressemblent le plus, s'assemblent le plus. Les solvants solvatent bien les espèces qui se ressemblent. Il en va de même pour la miscibilité de deux solvants. On peut regarder sur Diapo un classement des solvants en fonction de leurs propriétés et dire que l’eau et l’éthanol qui ont des propriétés proches sont miscibles mais que l’eau et le cyclohexane ne le sont pas.
Manip de transition : On peut mettre un grain de diiode dans un tube à essai rempli de cyclohexane et d’eau, on peut voir que le cyclohexane se colore et pas l’eau. On prend deux tubes à essai témoins : un avec juste de l’eau et du diiode et l’autre avec juste du cyclohexane et du diiode. Cela montre que le diiode est plus soluble dans le cyclohexane ce qui est cohérent avec tout ce qu’on vient de raconter car il est apolaire et aprotique. On va regarder plus attentivement ce fait là.
II. Applications expérimentales
1) Extraction liquide-liquide du diiode
On décrit le principe liquide-liquide à l’aide d’une Diapo. Comme on vient de le dire, le diiode est à priori plus soluble dans le cyclohexane que dans l’eau. On va le quantifier par une expérience. Florilège de chimie pratique, p.125, Détermination de la constante de partage du diiode entre deux solvants, H2O et cyclohexane. Mais on ne fait qu’une des trois solutions.
MANIP : On fait le titrage du diiode dans la phase aqueuse avec du thiosulfate en direct. C’est un titrage colorimétrique.
On en conclu que le cylcohexane solvate “K” fois mieux le diiode que l’eau. C’est donc un choix judicieux de solvant pour l’extraction liquide-liquide.
2) Solvolyse du tertiobutyle
Le solvant influe sur la cinétique de la réaction.
La constante de vitesse dépend du pouvoir ionisant et dissociant du solvant ce qui est en partie mesuré par la permittivité diélectrique relative du solvant.
Le pouvoir ionisant et dissociant décroit avec εr ; donc pour différents mélanges eau-acétone k1 décroit lorsque le solvant est enrichi en acétone.
Conclusion
Chimie verte : la plupart des solvants à part l’eau sont dangereux, toxique, polluants. On prend en compte l’aspect environnemental dans le choix des solvants.