Chimie des solutions, Généralités

Fiches de vocabulaire couvrant les définitions fondamentales, unités de concentration, aspects énergétiques et propriétés colligatives du cours de Chimie des solutions (Généralités) dispensé à l'Université de Bordeaux.

Solution

Mélange homogène à l'échelle moléculaire, en phase gazeuse, liquide ou solide, constitué d'au moins deux substances (soluté et solvant).

Solvant

Constituant d'une solution présent en plus grande quantité et se trouvant dans le même état physique que la solution finale.

Soluté

Toute substance qui peut être dissoute dans un solvant.

Solution aqueuse

Solution au sein de laquelle le solvant utilisé est l'eau.

Concentration molaire volumique

Rapport entre la quantité de matière de soluté et le volume total de la solution, défini par la relation $c = \frac{n}{V}$ et exprimé en $\text{mol/L}$.

Mole

Unité de base du Système international définissant la quantité de matière d'un système renfermant exactement $6{,}022\,140\,76 \times 10^{23}$ entités élémentaires (nombre d'Avogadro).

ppm (partie par million)

Unité de concentration équivalente à $1\,\text{mg/L}$ de solution dans le cadre de solutions aqueuses diluées (avec l'approximation $1\,\text{kg} = 1\,\text{L}$).

Molalité

Rapport entre le nombre de moles de soluté et la masse de solvant en kilogrammes ($m = \frac{n}{\text{masse de solvant}}$, en $\text{mol/kg}$). Il s'agit de la seule unité de concentration indépendante de la température.

Fraction molaire ($\chi$)

Rapport adimensionnel ($\text{mol/mol}$) entre le nombre de moles d'un constituant donné et le nombre total de moles de toutes les espèces présentes dans la solution. La somme de toutes les fractions molaires est égale à $1$.

Dilution

Opération consistant à préparer, à partir d'une solution mère, une solution de concentration moindre selon l'égalité du nombre de moles de soluté prélevé : $c_{\text{conc}} \times V_{\text{conc}} = c_{\text{dil}} \times V_{\text{dil}}$.

Enthalpie ($H$)

Potentiel thermodynamique, fonction d'état et grandeur extensive exprimée en joules ($\text{J}$), combinant l'énergie interne du système et le travail de frontière requis pour occuper son volume.

Processus endothermique

Transformation ou processus se déroulant à pression constante avec une variation d'enthalpie positive ($\Delta H > 0$).

Processus exothermique

Transformation caractérisée par une variation d'enthalpie négative ($\Delta H < 0$), constituant un processus énergétiquement favorable.

Chaleur de dissolution ($\Delta H_{\text{diss}}$)

Bilan enthalpique global de la mise en solution résultant de trois étapes hypothétiques : $\Delta H_{\text{diss}} = \Delta H_1 + \Delta H_2 + \Delta H_3$, où $\Delta H_1 > 0$, $\Delta H_2 > 0$ et $\Delta H_3 < 0$.

Solution idéale

Solution au sein de laquelle toutes les forces d'interaction intermoléculaires sont d'égale intensité ($A\text{-}A = B\text{-}B = A\text{-}B$), conduisant à $\Delta H_{\text{diss}} = 0$ et à une variation de volume nulle ($\Delta V_{\text{diss}} = 0$).

Entropie ($S$)

Grandeur thermodynamique introduite en 1865 par Rudolf Clausius, caractérisant le niveau de désorganisation, le désordre microscopique et la dispersion de l'énergie au sein d'un système.

Énergie libre de Gibbs ($\Delta G$)

Fonction thermodynamique définie par la relation $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$, dont la valeur doit être strictement négative ($\Delta G < 0$) pour qu'un processus se produise de manière spontanée.

Sphère de solvatation (ou d'hydratation)

Arrangement ordonné des molécules d'eau dipolaires autour des ions d'un soluté, orientant leur pôle positif ($\delta+$) vers les anions et leur pôle négatif ($\delta-$) vers les cations.

Théorie de la dissociation électrolytique

Hypothèse formulée par Svante Arrhenius établissant que certaines substances se dissocient en cations et anions lors de leur dissolution dans l'eau, permettant le passage du courant électrique.

Solution électrolytique

Solution permettant le passage du courant électrique grâce au déplacement d'ions, où les anions sont attirés vers l'anode et les cations vers la cathode.

Électrolyte fort

Soluté qui se dissocie complètement ou quasi totalement en ions en solution aqueuse, produisant une solution fortement conductrice (ex. : $\text{NaCl}$, $\text{HCl}$, $\text{KMnO}_4$).

Non-électrolyte

Soluté restant majoritairement sous forme moléculaire sans se dissocier en ions dans l'eau, ne conduisant donc pas le courant électrique (ex. : glucose, éthanol).

Électrolyte faible

Soluté qui ne s'ionise que partiellement en solution aqueuse, se comportant comme un mauvais conducteur électrique (ex. : $\text{CH}_3\text{COOH}$).

Solubilité

Concentration maximale d'un soluté pouvant coexister en équilibre avec un excès non dissous de cette même substance à une température déterminée.

Solution saturée

Solution dont la concentration en soluté a atteint la limite maximale de solubilité en équilibre avec l'excès non dissous.

Solution sursaturée

Solution métastable et non stable dans laquelle la concentration en soluté est temporairement supérieure à sa limite de solubilité.

Propriétés colligatives

Ensemble des propriétés physiques des solutions qui dépendent exclusivement du nombre de molécules de soluté dissoutes, indépendamment de leur nature.

Activité de l'eau ($a_w$)

Rapport entre la pression partielle de vapeur d'eau au-dessus d'une solution ($P_s$) et la pression de vapeur saturante de l'eau pure ($P_{s0}$) à la même température : $a_w = \frac{P_s}{P_{s0}}$.

Loi de Raoult (pression de vapeur)

Loi selon laquelle la pression de vapeur d'un solvant au-dessus d'une solution diluée est égale au produit de sa fraction molaire par sa pression de vapeur pure : $P_{\text{solution}} = \chi_{\text{solvant}} P^\circ_{\text{solvant}}$.

Abaissement cryoscopique ($\Delta T_{\text{cong}}$)

Diminution de la température de congélation d'un solvant induite par la présence d'un soluté, calculée selon la loi $\Delta T_{\text{cong}} = -K_{\text{cong}} \cdot m$.

Constante cryoscopique ($K_{\text{cong}}$)

Constante spécifique à chaque solvant reliant l'abaissement cryoscopique à la molalité du soluté (valant $1{,}86$ dans l'eau pour une molalité exprimée en $\text{mol/kg}$).

Élévation ébullioscopique ($\Delta T_{\text{éb}}$)

Augmentation du point d'ébullition d'une solution par rapport à celui du solvant pur, directement proportionnelle à la molalité du soluté : $\Delta T_{\text{éb}} = K_{\text{éb}} \cdot m$.

Osmose

Transfert net et spontané de molécules de solvant pur à travers une membrane semi-perméable vers une solution plus concentrée.

Pression osmotique ($\pi$)

Pression mécanique exacte requise pour faire cesser le phénomène d'osmose à travers une membrane semi-perméable, définie par la relation $\pi = \frac{n}{V} R T$.

Solution iso-osmotique

Solution présentant une pression osmotique identique à celle régnant de l'autre côté de la membrane semi-perméable, n'occasionnant aucun flux net d'eau.

Osmolarité

Mesure de concentration exprimée en nombre d'éléments osmotiquement actifs (osmoles) par litre de solution.

Coefficient de Van 't Hoff ($i$)

Rapport entre la propriété colligative mesurée et la valeur théorique calculée pour un non-électrolyte, permettant de quantifier le degré de dissociation d'un soluté en solution.