Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

    

Dissolution d'un cristal ionique

 

 

 

Le but est de comprendre ce qui se passe lors de la dissolution d'un cristal ionique, comme le sel de cuisine NaCl(s), dans un solvant tel que l'eau. En effet, on constate que si l'eau n'est pas conductrice de l'électricité, l'eau salée le devient... Quels changements se sont opérés ?

Le problème est le suivant : la conduction électrique s'expliquant par un mouvement de charges électriques, que se passe-t-il à l'échelle des molécules ? Nous avons pour cela commencé par détailler la structure du cristal de sel et mis en évidence l'existence de liaisons ioniques (électrostatiques) entre les ions Na+ et les ions Cl-.

modèle compact du cristal NaCl(s)

modèle éclaté du cristal NaCl(s)

L'eau présente une propriété intéressante en chimie, illustrée par l'expérience du filet d'eau : c'est un solvant polaire. Polaire car les atomes qui la constituent présentent une grande différence d'électronégativité : l'oxygène est un élément particulièrement électronégatif (il a tendance à attirer les électrons à lui) et l'hydrogène est au contraire assez électropositif (il a tendance à céder son électron). Il s'ensuit que la molécule d'eau présente deux faces ou pôles, l'un plutôt positif (qui correspond au milieu du segment reliant les atomes H) et l'autre plutôt négatif (l'atome d'oxygène) car il a tendance à retenir les électrons à lui. Attention : la molécule reste néanmoins électriquement neutre, il s'agit uniquement d'une tendance des atomes.

Remarque : l'électronégativité d'un élément est une grandeur complexe... Etudiée par de grands savants comme Mulliken ou Pauling, on peut dire en simplifiant qu'elle augmente en diagonale dans le tableau. L'élément le plus électronégatif (selon Mulliken) est le fluor. Les éléments à droite du tableau sont plus électronégatifs que ceux de droite (qui sont dits plus électropositifs).

Remarquons immédiatement que la liaison ionique entre Na+ et Cl- est elle aussi polarisée : l'attirance électrostatique mutuelle de ces ions se bat avec la volonté de chacun d'être des ions à part entière.
Lorsqu'on place des cristaux de sel dans l'eau, les molécules dipolaires d'eau viennent tirer sur les ions du cristal ; la liaison ionique (électrostatique) est plus faible qu'une liaison covalente, et cède assez rapidement aux attaques des molécules d'eau. Tant et si bien que les liaisons ioniques lâchent et que les ions Na+ et Cl- sont emportés par les molécules d'eau.

Les molécules d'eau enchâssent les ions divorcés et les mettent à l'abri : ces ions sont hydratés (on dira solvatés pour un solvant quelconque). L'équation de la dissolution s'écrit alors

NaCl(s)       Na+(aq) + Cl-(aq)

Nous obtenons donc une solution aqueuse d'ions Na+ et Cl- hydratés, qui constituent des particules chargées susceptibles de conduire l'électricité.

Deux animations en Flash, complémentaires, pour comprendre : 1 et 2.
Des éléments plus pointus encore ici.