Sciences · Chimie
Solubilité
La solubilité est la quantité maximale d’un soluté que l’on peut dissoudre dans un volume donné de solvant, à une température donnée. Au-delà, la solution est saturée et le soluté ne se dissout plus.
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On peut dissoudre une cuillère de sel dans un verre d’eau, puis une deuxième, mais pas indéfiniment : à partir d’environ 360 grammes par litre, les cristaux restent au fond. Cette limite est la solubilité du sel dans l’eau. Elle dépend du couple soluté-solvant, de la température et, pour les gaz, de la pression. La vitesse à laquelle un soluté se dissout est une autre question, traitée dans la fiche dissolution.
Solution insaturée, saturée, sursaturée
| État | Définition | Comportement |
|---|---|---|
| Insaturée | concentration inférieure à la solubilité | on peut encore dissoudre du soluté |
| Saturée | concentration égale à la solubilité | équilibre entre le solide et la solution |
| Sursaturée | concentration supérieure à la solubilité, état instable | le moindre germe déclenche la cristallisation |
Dans une solution saturée en présence de solide, l’équilibre est dynamique : des particules se dissolvent et d’autres se redéposent sans cesse, au même rythme. Une solution sursaturée s’obtient par exemple en refroidissant doucement une solution saturée à chaud ; les chaufferettes à l’acétate de sodium exploitent ce phénomène.
Ordres de grandeur dans l’eau
Valeurs approximatives à 20 °C, en grammes par litre d’eau :
| Substance | Solubilité | Qualificatif |
|---|---|---|
| Saccharose (sucre) | ≈ 2 000 g/L | très soluble |
| Hydroxyde de sodium | ≈ 1 100 g/L | très soluble |
| Chlorure de sodium (sel) | ≈ 360 g/L | soluble |
| Bicarbonate de sodium | ≈ 96 g/L | assez soluble |
| Sulfate de calcium (plâtre) | ≈ 2 g/L | peu soluble |
| Carbonate de calcium (calcaire) | ≈ 0,013 g/L | quasi insoluble |
| Chlorure d’argent | ≈ 0,002 g/L | quasi insoluble |
| Dioxygène (sous air, 1 atm) | ≈ 0,009 g/L | gaz peu soluble |
Aucune substance n’est rigoureusement insoluble : on qualifie d'« insolubles » celles dont la solubilité est très faible. Pour ces sels peu solubles, les chimistes utilisent le produit de solubilité Ks, constante d’équilibre de la dissolution.
Ce qui détermine la solubilité
La nature du soluté et du solvant
La règle « le semblable dissout le semblable » s’applique : composés polaires et ioniques dans l'eau, composés apolaires dans les solvants organiques. L’éthanol est miscible à l’eau en toutes proportions ; l’huile pratiquement pas.
La température
- Pour la plupart des solides, la solubilité augmente avec la température. Le saccharose passe d’environ 2 000 g/L à 20 °C à près de 4 800 g/L à 100 °C, ce qui permet de faire des sirops et des confiseries.
- Le sel fait exception : sa solubilité varie peu (≈ 357 g/L à 0 °C, ≈ 390 g/L à 100 °C).
- Quelques composés, comme le sulfate de cérium ou l’hydroxyde de calcium, sont moins solubles à chaud.
- Pour les gaz, la solubilité diminue toujours quand la température monte : l’eau chaude contient moins d’oxygène, ce qui peut asphyxier les poissons des rivières en été.
Ces variations sont à la base de la purification par cristallisation.
La pression (pour les gaz)
D’après la loi de Henry (William Henry, 1803), la quantité de gaz dissoute est proportionnelle à sa pression partielle au-dessus du liquide.
- Une boisson gazeuse est embouteillée sous pression de CO₂ ; à l’ouverture, la pression chute et le gaz excédentaire forme des bulles.
- En plongée, l’azote de l’air respiré sous pression se dissout dans le sang ; une remontée trop rapide le libère sous forme de bulles : c’est l’accident de décompression.
Solubilité et concentration : le calcul
Pour les calculs de concentration, voir solutions et concentration.
Applications
- Précipitation : quand on mélange deux solutions dont les ions forment un composé peu soluble, un solide apparaît (le précipité). Les tests d’ions au lycée reposent sur ce principe : ions chlorure révélés par le nitrate d’argent (précipité blanc).
- Calcaire : les eaux riches en CO₂ dissolvent le calcaire ; à l’air ou en chauffant, le CO₂ s’échappe et le calcaire se redépose (stalactites, tartre des bouilloires).
- Pharmacie : la solubilité d’un principe actif conditionne son absorption par l’organisme.
- Extraction : on choisit un solvant dans lequel l’espèce à extraire est très soluble (voir la chromatographie, qui exploite des différences de solubilité).
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre solubilité et concentration ?
La concentration est la quantité de soluté effectivement dissoute dans une solution. La solubilité est la concentration maximale possible : c’est une limite propre au couple soluté-solvant.
Pourquoi le sucre se dissout-il mieux dans l’eau chaude ?
Parce que sa solubilité augmente fortement avec la température, et que l’agitation des molécules accélère aussi la dissolution.
Que signifie « miscible » ?
Deux liquides sont miscibles s’ils se mélangent en toutes proportions pour former une seule phase, comme l’eau et l’éthanol. L’eau et l’huile sont non miscibles.