Solubilité et miscibilité

Dissolution

Lors de la dissolution d'un soluté dans un solvant, des interactions s'établissent entre les molécules de soluté et celles de solvant (solvatation). On distingue :

• Soluté : espèce dissoute (solide, liquide ou gaz).
• Solvant : espèce en excès qui constitue le milieu.
• Solution : mélange homogène obtenu.

Solubilité

La solubilité $s$ d'un soluté dans un solvant est la masse maximale (en g) que l'on peut dissoudre dans un volume donné de solvant (généralement 1 L), à une température donnée.

$$ s = rac{m_{ ext{soluté dissous}}}{V_{ ext{solvant}}} $$

Unité courante : g·L$^{-1}$.

On peut aussi exprimer la solubilité en concentration molaire :
$$ C_{ ext{sat}} = rac{s}{M} $$
où $M$ est la masse molaire du soluté.

Paramètres influençant la solubilité

• Température : en général, la solubilité des solides dans les liquides augmente avec la température. Pour les gaz, elle diminue avec la température.
• Nature du soluté et du solvant : la règle fondamentale est « le semblable dissout le semblable ».

La règle « le semblable dissout le semblable »

• Un soluté polaire ou ionique se dissout bien dans un solvant polaire (ex : $NaCl$ dans l'eau).
• Un soluté apolaire se dissout bien dans un solvant apolaire (ex : graisse dans l'hexane).
• Un soluté apolaire se dissout mal dans un solvant polaire (ex : huile dans eau).

Miscibilité de deux liquides

Deux liquides sont miscibles s'ils forment un mélange homogène en toutes proportions.

Exemples :
- Eau et éthanol : miscibles (interactions O−H similaires)
- Eau et cyclohexane : non miscibles (polarités très différentes)

Lorsque deux liquides sont non miscibles, ils forment deux phases distinctes. Le liquide le moins dense se place au-dessus.

Extraction liquide-liquide

L'extraction liquide-liquide utilise la différence de solubilité d'une espèce entre deux solvants non miscibles.

Protocole :
1. Introduire la solution aqueuse et le solvant organique dans une ampoule à décanter.
2. Agiter vigoureusement puis dégazer.
3. Laisser décanter : deux phases se séparent.
4. Récupérer la phase contenant l'espèce d'intérêt.

Choix du solvant extracteur :
- Non miscible avec le solvant initial.
- L'espèce à extraire y est plus soluble que dans le solvant initial.
- Si possible, facilement évaporable pour récupérer le soluté pur.