Sucre ou Sel : Plus on Chauffe, Plus ça se Dissout ?
Pourquoi le sucre se dissout-il mieux dans le thé chaud que dans l'eau froide ?
Tu as déjà essayé de dissoudre du sucre dans un verre d'eau froide, puis dans une tasse de thé bien chaud ? Tu as sûrement remarqué que c'est plus facile et plus rapide quand c'est chaud ! C'est parce que la température a un grand impact sur la solubilité des solides dans les liquides. La solubilité, c'est la quantité maximale d'une substance (le soluté, comme le sucre) que l'on peut dissoudre dans une certaine quantité d'un liquide (le solvant, comme l'eau) à une température donnée. Dans cet exercice, nous allons explorer comment la température change la solubilité du sel de cuisine.
Mission : Dissolution du sel à différentes températures
Voici les données qu'elle a trouvées dans un livre :
| Température de l'eau (°C) | Solubilité du sel (g pour 100 mL d'eau) |
|---|---|
| 0 °C | 35,7 g |
| 20 °C | 36,0 g |
| 60 °C | 37,3 g |
| 100 °C | 39,8 g |
On considère que \(100 \text{ mL}\) d'eau a une masse de \(100 \text{ g}\).
Schéma : Solubilité du sel dans l'eau à différentes températures
Plus l'eau est chaude, plus on peut y dissoudre de sel (jusqu'à une certaine limite).
Questions à résoudre
- Qu'est-ce que la solubilité d'une substance ? De quoi dépend-elle principalement, d'après l'introduction et le tableau ?
- Chloé prend \(100 \text{ mL}\) d'eau à \(20 \text{ °C}\).
- Quelle est la quantité maximale de sel (en grammes) qu'elle peut dissoudre dans cette eau, d'après le tableau ?
- Si Chloé essaie de dissoudre \(40 \text{ g}\) de sel dans ces \(100 \text{ mL}\) d'eau à \(20 \text{ °C}\), que va-t-il se passer ? Quelle masse de sel restera non dissoute au fond du récipient ?
- Chloé prend maintenant les \(100 \text{ mL}\) d'eau contenant les \(40 \text{ g}\) de sel (avec le dépôt) de la question 2b. Elle chauffe cette eau jusqu'à \(60 \text{ °C}\).
- Quelle est la solubilité du sel dans l'eau à \(60 \text{ °C}\) ?
- Le sel qui était au fond va-t-il se dissoudre complètement ? Justifie ta réponse.
- Si Chloé avait une solution saturée de sel à \(100 \text{ °C}\) (c'est-à-dire qu'elle a dissous la quantité maximale de sel possible) et qu'elle laissait cette solution refroidir lentement jusqu'à \(0 \text{ °C}\), que pourrait-elle observer au fond du récipient ? Quelle masse de sel pourrait apparaître (cristalliser) ?
- En général, comment varie la solubilité des solides (comme le sel ou le sucre) dans l'eau lorsque la température augmente ? Y a-t-il des exceptions ? (Tu peux faire une petite recherche si besoin pour les exceptions).
Correction : Sucre ou Sel : Plus on Chauffe, Plus ça se Dissout ?
Question 1 : Solubilité
Réponse :
La solubilité d'une substance (le soluté) est la quantité maximale de cette substance que l'on peut dissoudre dans un volume donné d'un liquide (le solvant) à une température précise pour obtenir une solution saturée. D'après l'introduction et le tableau, la solubilité dépend principalement de la nature de la substance et de la température du solvant.
Question 2 : Dissolution à 20 °C
Réponse a) Quantité maximale de sel à 20 °C :
D'après le tableau, la solubilité du sel dans \(100 \text{ mL}\) d'eau à \(20 \text{ °C}\) est de \(36,0 \text{ g}\).
Réponse b) Essai de dissolution de 40 g de sel à 20 °C :
Si Chloé essaie de dissoudre \(40 \text{ g}\) de sel dans \(100 \text{ mL}\) d'eau à \(20 \text{ °C}\), seulement \(36,0 \text{ g}\) pourront se dissoudre. Le reste du sel ne se dissoudra pas et formera un dépôt au fond du récipient.
Masse de sel non dissoute = Masse totale ajoutée - Masse dissoute
Il restera \(4,0 \text{ g}\) de sel non dissous au fond.
Question 3 : Dissolution à 60 °C
Réponse a) Solubilité du sel à 60 °C :
D'après le tableau, la solubilité du sel dans l'eau à \(60 \text{ °C}\) est de \(37,3 \text{ g}\) pour \(100 \text{ mL}\) d'eau.
Réponse b) Dissolution du dépôt en chauffant :
Chloé avait initialement \(40 \text{ g}\) de sel dans \(100 \text{ mL}\) d'eau. À \(60 \text{ °C}\), l'eau peut dissoudre jusqu'à \(37,3 \text{ g}\) de sel. Comme la quantité de sel présente (\(40 \text{ g}\)) est supérieure à la quantité qui peut se dissoudre à \(60 \text{ °C}\) (\(37,3 \text{ g}\)), le sel ne se dissoudra pas complètement. Une partie du dépôt restera.
Masse de sel non dissoute à \(60 \text{ °C}\) = Masse totale - Solubilité à \(60 \text{ °C}\)
Il restera \(2,7 \text{ g}\) de sel non dissous même à \(60 \text{ °C}\).
(Note : Si la question sous-entendait le dépôt de 4g de la question 2b et qu'on le chauffe, alors oui, ces 4g pourraient se dissoudre si la quantité totale de sel n'excède pas 37,3g. L'énoncé ici est un peu ambigu, mais la réponse ci-dessus considère la situation avec 40g de sel total.)
Quiz Intermédiaire 1 : Une solution est dite "saturée" lorsque :
Question 4 : Refroidissement d'une solution saturée
Réponse :
À \(100 \text{ °C}\), la solubilité du sel est de \(39,8 \text{ g}\) pour \(100 \text{ mL}\) d'eau. Si une solution saturée à cette température est refroidie à \(0 \text{ °C}\), la solubilité du sel diminue pour atteindre \(35,7 \text{ g}\) pour \(100 \text{ mL}\) d'eau.
L'excès de sel, qui ne peut plus rester dissous à \(0 \text{ °C}\), va apparaître sous forme solide au fond du récipient. C'est ce qu'on appelle la cristallisation ou précipitation.
Masse de sel qui cristallise = Solubilité à \(100 \text{ °C}\) - Solubilité à \(0 \text{ °C}\)
Chloé pourrait observer l'apparition de cristaux de sel, et environ \(4,1 \text{ g}\) de sel pourraient cristalliser.
Question 5 : Variation générale de la solubilité avec la température
Réponse :
En général, la solubilité de la plupart des solides dans l'eau augmente lorsque la température augmente. C'est le cas pour le sel de cuisine et le sucre, par exemple.
Cependant, il existe des exceptions. Pour certaines substances solides, la solubilité peut diminuer lorsque la température augmente (ex: le sulfate de cérium), ou varier de manière plus complexe. Pour les gaz, c'est généralement l'inverse : leur solubilité dans l'eau diminue lorsque la température augmente (c'est pourquoi les boissons gazeuses perdent leur gaz plus vite quand elles sont chaudes).
Quiz Intermédiaire 2 : Si on dissout du sucre dans de l'eau chaude jusqu'à saturation, puis qu'on laisse refroidir la solution, que se passe-t-il généralement ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La solubilité d'un solide dans un liquide correspond à :
2. Pour la plupart des sels, si on augmente la température de l'eau :
3. Si la solubilité du sucre dans \(100 \text{ mL}\) d'eau à \(25 \text{ °C}\) est de \(204 \text{ g}\), cela signifie que dans \(100 \text{ mL}\) d'eau à \(25 \text{ °C}\) :
Glossaire
- Solubilité
- Quantité maximale d'un soluté qui peut être dissoute dans un volume donné de solvant à une température spécifique pour former une solution saturée. S'exprime souvent en grammes de soluté par \(100 \text{ mL}\) ou par \(100 \text{ g}\) de solvant (g/100mL ou g/100g).
- Soluté
- Substance qui se dissout dans un solvant pour former une solution (ex: le sel, le sucre).
- Solvant
- Substance (généralement liquide) dans laquelle le soluté se dissout (ex: l'eau).
- Solution
- Mélange homogène obtenu lorsqu'un soluté est dissous dans un solvant.
- Solution saturée
- Solution dans laquelle la quantité maximale de soluté a été dissoute à une température donnée. Si on ajoute plus de soluté, il ne se dissoudra pas et formera un dépôt.
- Dissolution
- Processus par lequel un soluté se disperse de manière homogène dans un solvant.
- Précipitation (ou Cristallisation)
- Formation d'un solide (le précipité ou les cristaux) à partir d'une solution, souvent lorsque la solubilité du soluté diminue (par exemple, par refroidissement d'une solution saturée chaude).
- Température
- Mesure du degré d'agitation thermique des particules d'une substance. Influence fortement la solubilité.
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