Étude de la Solubilité du Diode

La molécule de diode est constituée de deux atomes d'iode.

Données :
\(M(I) = 126.9 \text{ g/mol}\)

Conversion de mL en L.

Données :
\(V_A = 100 \text{ mL}\)

On utilise la solubilité du diode dans l'eau : \(m_{max} = s \times V\).

Données :
\(s_{eau}(I_2) = 0.30 \text{ g/L}\)
\(V_A = 0.100 \text{ L}\)

On compare la masse de diode ajoutée (\(m_A\)) à la masse maximale soluble (\(m_{max,A}\)).

Données :
\(m_A = 0.50 \text{ g}\)
\(m_{max,A} = 0.030 \text{ g}\)

Puisque \(m_A (0.50 \text{ g}) > m_{max,A} (0.030 \text{ g})\), la solution est saturée.

Masse non dissoute :

La solution étant saturée, sa concentration molaire est calculée à partir de la masse maximale dissoute (\(m_{max,A}\)).

Données :
\(m_{max,A} = 0.030 \text{ g}\)
\(V_A = 0.100 \text{ L}\)
\(M(I_2) = 253.8 \text{ g/mol}\)

Quantité de matière dissoute :

Concentration molaire :

Alternativement, \(C_A = \frac{s_{eau}(I_2)}{M(I_2)} = \frac{0.30 \text{ g/L}}{253.8 \text{ g/mol}} \approx 0.00118 \text{ mol/L}\).

Conversion de mL en L.

Données :
\(V_B = 50 \text{ mL}\)

On utilise la solubilité du diode dans le cyclohexane.

Données :
\(s_{cyclo}(I_2) = 28.0 \text{ g/L}\)
\(V_B = 0.050 \text{ L}\)

On compare la masse de diode ajoutée (\(m_B\)) à la masse maximale soluble (\(m_{max,B}\)).

Données :
\(m_B = 0.50 \text{ g}\)
\(m_{max,B} = 1.40 \text{ g}\)

Puisque \(m_B (0.50 \text{ g}) < m_{max,B} (1.40 \text{ g})\), la solution est insaturée.

Tout le diode ajouté se dissout, il ne reste pas de solide non dissous.

La concentration molaire est calculée à partir de la masse de soluté effectivement dissoute (\(m_B\), car la solution est insaturée).

Données :
\(m_{dissous,B} = m_B = 0.50 \text{ g}\)
\(V_B = 0.050 \text{ L}\)
\(M(I_2) = 253.8 \text{ g/mol}\)

Quantité de matière dissoute :

Concentration molaire :

On compare les solubilités \(s_{eau}(I_2)\) et \(s_{cyclo}(I_2)\) et on relie cela à la nature des espèces.

Données :
\(s_{eau}(I_2) = 0.30 \text{ g/L}\)
\(s_{cyclo}(I_2) = 28.0 \text{ g/L}\)

Comparaison quantitative : \(s_{cyclo}(I_2) = 28.0 \text{ g/L}\) est beaucoup plus élevée que \(s_{eau}(I_2) = 0.30 \text{ g/L}\). Le diode est environ \( \frac{28.0}{0.30} \approx 93 \) fois plus soluble dans le cyclohexane que dans l'eau.

Explication :

• Le diode (I\(_2\)) est une molécule apolaire car elle est constituée de deux atomes identiques, donc la liaison I-I est parfaitement covalente et la molécule ne présente pas de moment dipolaire permanent.
• L'eau (H\(_2\)O) est un solvant polaire en raison de la différence d'électronégativité entre l'oxygène et l'hydrogène, et de sa géométrie coudée.
• Le cyclohexane (C\(_6\)H\(_{12}\)) est un solvant apolaire. Les liaisons C-H sont peu polarisées et la molécule a une structure globalement symétrique.

Selon le principe "qui se ressemble s'assemble", un soluté apolaire comme le diode se dissout mieux dans un solvant apolaire (cyclohexane) que dans un solvant polaire (eau). Les interactions entre les molécules de diode et les molécules de cyclohexane (forces de Van der Waals de type London) sont plus favorables qu'entre les molécules de diode et les molécules d'eau (où les fortes liaisons hydrogène de l'eau seraient perturbées).

La couleur du diode en solution dépend de la nature du solvant et des interactions soluté-solvant.

• Dans l'eau : La solution de diode est généralement de couleur jaune-brunâtre. Cette couleur est due à la formation d'un complexe (I\(_2\)...OH\(_2\)) ou, en présence d'ions iodure I\(^-\) (non présents ici initialement), à la formation de l'ion triiodure I\(_3^-\) qui est brun.
• Dans le cyclohexane (et autres solvants apolaires) : La solution de diode est de couleur violette. Cette couleur est caractéristique de la molécule I\(_2\) isolée (ou faiblement solvatée par des interactions de type London).

Réponses Correctes :

Question 1 : b) Apolaire.

Question 2 : b) Apolaire.

Question 3 : b) Il est plus soluble dans le cyclohexane que dans l'eau.

Question 4 : b) Violette.

Solubilité (s) :

Masse maximale d'un soluté que l'on peut dissoudre dans un litre de solvant à une température donnée. Unité courante : g/L.

Soluté :

Espèce chimique (solide, liquide ou gaz) qui est dissoute dans un solvant.

Solvant :

Espèce chimique (généralement liquide) majoritaire dans laquelle le soluté est dissous pour former une solution.

Solution Saturée :

Solution dans laquelle la quantité maximale de soluté a été dissoute à une température donnée. Tout ajout supplémentaire de soluté ne se dissoudra pas.

Solution Insaturée (ou Non Saturée) :

Solution qui contient moins de soluté que la quantité maximale qui pourrait être dissoute à une température donnée.

Concentration Massique (\(C_m\)) :

Masse de soluté dissous par litre de solution. Unité courante : g/L. \(C_m = \frac{m_{soluté}}{V_{solution}}\).

Concentration Molaire (C) :

Quantité de matière (nombre de moles) de soluté par litre de solution. Unité : mol/L.

Molécule Polaire :

Molécule possédant un moment dipolaire permanent en raison d'une répartition inégale des charges électriques (liaisons polarisées et géométrie non symétrique).

Molécule Apolaire :

Molécule ne possédant pas de moment dipolaire permanent, soit parce que ses liaisons sont peu ou pas polarisées, soit parce que sa géométrie symétrique annule les moments dipolaires de liaison.

Diode (I\(_2\)) :

Molécule diatomique formée de deux atomes d'iode, c'est un solide gris-violet foncé à température ambiante, qui se sublime facilement en vapeur violette. C'est une espèce apolaire.