Sciences · Chimie
Dissolution
La dissolution est le phénomène par lequel une substance, le soluté, se disperse dans une autre, le solvant, jusqu’à l’échelle des molécules ou des ions, pour former un mélange homogène appelé solution.
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Un morceau de sucre disparaît dans le café, le sel dans l’eau des pâtes : ils ne sont pas détruits, mais dispersés molécule par molécule ou ion par ion entre les molécules du solvant. La dissolution est une transformation physique : on peut récupérer le soluté en évaporant le solvant. Le calcul des concentrations et la préparation des solutions sont traités dans la fiche solutions et concentration ; on décrit ici ce qui se passe à l’échelle moléculaire.
Les trois étapes de la dissolution
- Dissociation du soluté : les particules du soluté se séparent les unes des autres. Pour un cristal, il faut rompre son réseau ; cette étape consomme de l’énergie.
- Écartement du solvant : les molécules de solvant s’écartent pour faire de la place, ce qui coûte aussi un peu d’énergie.
- Solvatation : les particules de soluté s’entourent de molécules de solvant, qui les attirent ; cette étape libère de l’énergie.
- Dispersion : l’agitation thermique répartit uniformément les particules solvatées dans toute la solution (diffusion).
Le bilan énergétique dépend de l’équilibre entre les étapes 1–2 (coûteuses) et 3 (favorable).
Dissolution d’un composé ionique
Dans un cristal de sel, les ions Na⁺ et Cl⁻ sont fortement liés. L’eau parvient à les séparer grâce à sa polarité :
- l’atome d’oxygène des molécules d’eau, porteur d’une charge partielle négative, se tourne vers les cations Na⁺ ;
- les atomes d’hydrogène, porteurs de charges partielles positives, se tournent vers les anions Cl⁻.
Les ions arrachés au cristal restent entourés d’une « coquille » de molécules d’eau. L’équation de dissolution s’écrit :
NaCl (s) → Na⁺ (aq) + Cl⁻ (aq)
La notation (aq), pour « aqueux », signale un ion hydraté. Les solutions ioniques conduisent le courant électrique : ce sont des électrolytes.
Dissolution d’un composé moléculaire
Le sucre (saccharose) se dissout sans se dissocier en ions : les molécules entières se détachent du cristal et se lient aux molécules d’eau par liaisons hydrogène, grâce à leurs nombreux groupes –OH. La solution obtenue ne conduit pas le courant.
C₁₂H₂₂O₁₁ (s) → C₁₂H₂₂O₁₁ (aq)
Certains composés moléculaires réagissent toutefois avec l’eau en se dissolvant : le chlorure d’hydrogène HCl gazeux donne des ions H₃O⁺ et Cl⁻, ce qui forme l’acide chlorhydrique.
« Le semblable dissout le semblable »
Un soluté se dissout bien dans un solvant qui lui ressemble par sa polarité :
| Soluté | Solvant adapté | Raison |
|---|---|---|
| Sel, sucre, éthanol | eau (polaire) | interactions ion–dipôle ou liaisons hydrogène |
| Graisses, cires, huiles | hexane, essence (apolaires) | forces de Van der Waals |
| Vernis à ongles | acétone | solvant organique moyennement polaire |
| Iode | éthanol, cyclohexane | molécule I₂ apolaire |
L’huile ne se dissout pas dans l’eau : les molécules d’eau, liées entre elles par liaisons hydrogène, ne gagnent rien à s’insérer entre des molécules apolaires. Les savons et tensioactifs contournent ce problème en servant d’intermédiaires.
Dissolution et énergie
Selon le bilan des étapes, la dissolution peut chauffer ou refroidir la solution :
| Soluté | Effet sur la température | Usage |
|---|---|---|
| Hydroxyde de sodium (soude) | fort échauffement | danger : ajouter la soude à l’eau, lentement |
| Chlorure de calcium | échauffement | sachets chauffants, déneigement |
| Nitrate d’ammonium | refroidissement marqué | poches de froid instantané |
| Chlorure de sodium | très léger refroidissement | — |
Pour l’acide sulfurique concentré, la dissolution dégage tant de chaleur qu’elle peut faire bouillir l’eau brusquement : on verse toujours l’acide dans l’eau, jamais l’inverse. Voir les réactions exothermiques et endothermiques.
Accélérer la dissolution
La vitesse de dissolution ne doit pas être confondue avec la quantité maximale dissoute, qui relève de la solubilité. On accélère la dissolution en :
- agitant, ce qui renouvelle le solvant au contact du solide ;
- broyant le soluté, ce qui augmente la surface de contact (le sucre en poudre se dissout plus vite que le sucre en morceaux) ;
- chauffant, ce qui accroît l’agitation des molécules.
Dissolution des gaz
Les gaz se dissolvent aussi dans les liquides : le dioxygène dans l’eau des rivières permet la respiration des poissons, le CO₂ sous pression donne leurs bulles aux boissons gazeuses. Contrairement aux solides, les gaz sont moins solubles à chaud : une eau tiède contient moins d’oxygène, et un soda chaud perd vite son gaz.
Questions fréquentes
La dissolution est-elle une réaction chimique ?
En général non : c’est une transformation physique, puisqu’on récupère le soluté par évaporation. Certaines dissolutions s’accompagnent toutefois d’une réaction avec l’eau (chlorure d’hydrogène, ammoniac, oxydes métalliques).
Quelle différence entre dissolution et fusion ?
La fusion est le passage d’un corps pur de l’état solide à l’état liquide sous l’effet de la chaleur. La dissolution est la dispersion d’un corps dans un autre. Le sucre ne « fond » pas dans le thé : il s’y dissout.
Pourquoi le sel se dissout-il dans l’eau mais pas dans l’huile ?
L’eau, polaire, peut entourer et stabiliser les ions Na⁺ et Cl⁻. L’huile, apolaire, n’offre aucune attraction capable de compenser l’énergie du réseau cristallin.