Origine microscopique de la solubilité ?

[Phizik]

Bonsoir,

cette question trottait un peu dans ma tête, voilà ce que j'ai pu trouvé :

J'ai lu sur Wikipédia que la solubilité revenait plus ou moins à dire (et je vous en prie, corrigez-moi si je dis des bêtises ou des approximations) si la réaction de dissolution de tel ou tel espèce chimique était totale dans tel ou tel solvant.
Mais si tel est le cas, en réalité, pour la dissolution d'une même espèce chimique, il suffirait simplement de modifier le produit correspondant au solvant dans le calcul de la constante d'équilibre, afin de retrouver la "solubilité" dans ce nouveau solvant ? (on compare également à 10^4 pour savoir si totalement ou très soluble, etc. ??)
Encore une fois, si jusque là je n'ai pas dit trop de bêtises, cela voudrait dire que la solubilité en soit n'a pas de réalité physique, ce serait plus une sorte de caractéristique d'une réaction (qui deviendrait par abus une caractéristique d'une espèce chimique) ?!

De plus, comment expliquer la solubilité au niveau microscopique ?

Merci pour votre temps !
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[mloudeche]

Bonjour,

En effet, la solubilité dépend directement de l'équilibre de la réaction de dissociation d'un composé chimique dans un solvant. Prenons par exemple la dissolution du calcaire (CaCO3) dans l'eau, cette réaction s'écrit :
CaCO3 = Ca(2+) + CO3(2-)
Le CaCO3 (ou carbonate de calcium) se dissocie dans l'eau en ses éléments de base, c'est-à-dire en ions calciums (Ca(2+)) et en ions carbonates (CO3(2-)). Cette réaction ne se fait pas indéfiniment, elle s'arrête lorsqu'elle atteint son équilibre. Lorsque cet équilibre est atteint, peu importe la quantité de CaCO3 qu'on ajoutera, plus rien ne sera dissout. De cet équilibre (qui est différent pour chaque réaction) découle la propriété de solubilité. Cette solubilité est exprimée en masse de produit pouvant être dissout dans 1 litre d'eau à 25°C (ou 20°C en fonction de la norme choisie). De plus, la norme arbitraire est de dire qu'un composé ayant une solubilité de moins de 10mg/L est considéré comme insoluble (encore une fois ça dépend de la norme choisie).

De plus, comment expliquer la solubilité au niveau microscopique ?

Pour ne pas rentrer dans les détails, on peut voir ça comme l'affinité des groupements ioniques. Par exemple, Ca(2+) et CO3(2-) sont plutôt stable ensemble et ont donc tendance à ne pas se dissocier facilement et donc CaCO3 a une faible solubilité dans l'eau. Inversément Ag+ (l'ion d'argent) et NO3(2-) (l'ion nitrate) n'ont pas d'affinité particulière, le composé de nitrate d'argent (AgNO3) est très soluble dans l'eau.

En espérant que ça vous éclaire un peu.

[Resartus]

EDIT : je vois que mloudeche a déjà répondu
Bonjour,

La solubiilité est toujours par rapport à un solvant donné, même si par abus de langage on oublie parfois de le préciser quand c'est dans l'eau.

La solubilisation est bien une réaction, en général équilibrée. On peut dire que c'est un équilibre entre "l'envie" du soluté de s'attacher au solvant, et celle de s'attacher à lui-même (et idem du coté solvant).
En première approximation ce sera une fonction des énergies de liaison A<->A, A<->B et B<->B et de la température
Ces valeurs énergétiques ne sont déjà pas très prédictibles, bien qu'on puisse avoir quelques principes généraux basés sur les polarités/apolarités respectives

Mais cela se complique encore, car on doit prendre en compte dans le bilan énergétique les interactions avec les couronnes successives de solvant qui vont entourer la molécule du soluté (c'est surtout vrai pour les solutés ioniques, où les interactions électrostatiques agissent à longue distance)

et il peut aussi arriver que l'optimum énergétique du coté soluté soit sous forme de clusters et pas de molécule isolée.

Bref, difficile de retrouver théoriquement les valeurs expérimentales...
Mais les ordinateurs de chimie quantique commencent à avoir la puissance nécessaire pour traiter des centaines de molécules ce qui donne des résultats de plus en plus proches

[Phizik]

D'accord, je vois mieux, merci beaucoup !

Juste pour clarifier les idées, quand on écrit ceci : CaCO3 = Ca(2+) + CO3(2-) ; quelle est la réalité microscopique derrière ?
L'eau a une action (laquelle?) sur le composé ionique qui le fait se séparer en ses composants ioniques fondamentaux jusqu'à un certain point (fonction du volume de solvant), mais que fait-il réellement ?
C'est une réaction avec l'eau ou dans l'eau ? (H2O n'apparaissant pas dans l'équation de dissolution).

Il me semble comprendre de vos réponses que c'est réellement une histoire d'affinité entre les différents ions du composé ionique et le solvant.
Les ions qui "s'aiment" et qui "n'aiment pas trop" le solvant vont rester figer l'un à l'autre, et les ions qui de nature ne "s'apprécient" pas tant que ça (ou en tout cas, "aiment" plus le solvant) vont plus facilement se séparer.
Mais donc, ils vont se "fixer" au solvant ? (si oui, quel genre de lien entre eux?) Ou bien l'eau agit seulement comme une sorte (avec de gros guillemets) de catalyseur (il permettrait seulement la dissociation du composé en ions, mais ne se voit pas lui-même changer) ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Bonjour,
Pour les ions, ce sont à une écrasante majorité des forces électrostatiques (charge <->dipole permanent ou induit)
Une exception importante est l'ion H+ où la première molécule d'eau a une liaison covalente avec le proton, ce qui peut justifier qu'on l'écrive H3O+.
Et les H2O suivants les plus proches ont aussi un peu de liaison hydrogène en plus de l'electrostatique.

Pour les molécules neutres, ce sont les forces de van der waals (des trois natures possibles selon les types de soluté et de solvant)
Ces forces sont également de nature électrostatique, mais en chimie on préfère les considérer séparément