Dissolution du NaCl dans l'eau

Si on mélange deux substances et que le résultat obtenu est un mélange homogène, on parle de solution.

Dans le cas du sel de table mélangé avec de l'eau, les atomes de sodium (Na) et de chlore (Cl) initialement liées ensemble sous la forme d'un cristal, sont dissouts par les molécules d'eau. L'eau est un solvant.

Les raisons sont d'ordre électrostatique. La cohésion des atomes et des molécules provient des liaisons électrostatiques qui existent entre particules chargées et/ou polarisées. Le chlorure de sodium (NaCl) est en fait la réunion d'un ion Na⁺ et d'un ion Cl^- qui s'attirent mutuellement sous l'effet de l'attraction électrostatique.

Les molécules d'eau sont électriquement neutres mais leur géométrie font qu'elles sont polarisées, c'est à dire que les charges positives et négatives sont positionnées l'une à l'opposée de l'autre. Cette propriété fait que les ions Na⁺ et Cl^- peuvent se désolidariser sous l'attraction plus forte des molécules d'eau. Notons que l'orientation des molécules d'eau n'est pas la même selon qu'elles attirent un ion Na⁺ ou un ion Cl^-

Ce processus se poursuit jusqu'à que le sel soit totalement dissout.

• Illustrer les différentes étapes de la dissolution du sel (le chlorure de sodium) dans l’eau.
• Introduire les phénomènes électrostatiques (charges ioniques Na⁺ et Cl^-, polarité des molécules d’eau).

Introduction:

Interroger la classe:

• Qu'est-ce que le chlorure de sodium ?
• Quelle est son symbole chimique ?
• Qu'est ce qu'un ion ? quelle est la différence entre l'atome de sodium Na et l’ion sodium Na⁺, de même entre l’atome de chlore Cl et l’ion chlorure Cl^-.
• Qu'est ce qu'un cristal ?
• Comment les éléments qui constituent le sel se maintiennent-ils en place ?

 Le sel de table (le chlorure de sodium) est un empilement régulier d’ions, que l’on représente par des sphères, une petite sphère pour Na⁺ et une grosse sphère pour Cl^-.

Chaque ion Cl^- est entouré de 6 ions Na⁺ et chaque ion Na⁺ est entouré de 6 ions Cl^-. Cette structure régulière cubique est un cristal. La cohésion de l’édifice est assurée par de fortes interactions électrostatiques "coulombiennes" attractives (entre tous les anions et les cations du cristal).

Cet ensemble d’interactions électrostatiques définit la liaison ionique.

Étape 1: Qu'est ce que la dissolution (solvatation) ?

Comment est-il possible de séparer, d’éloigner les atomes qui composent le cristal de sel ?

On peut exploiter les propriétés électrique citées précédemment.

La molécule d'eau est-elle chargée électriquement ? Non, c'est une molécule globalement neutre mais elle est polaire.

L'enseignant pourra introduire l’électronégativité présente dans le tableau périodique si cela est au programme

L’atome d’oxygène est plus électronégatif que l’atome d’hydrogène. Les liaisons O—H sont donc polarisées.

Si la molécule était linéaire, les 2 dipôles électriques se compenseraient et la molécule serait apolaire. Mais la molécule est coudée.

expérience: On peut montrer le caractère dipolaire de l’eau en chargeant positivement un bâton ne verre ou en plastique par frottement sur un tissu puis en l’approchant d’un fin filet d’eau. Le filet d'eau se courbe.

Étape 2: proposer aux élèves de réaliser le scénario de la dissolution du sel dans l’eau ?

Proposer aux élèves d’élaborer le scénario de dissolution du sel dans l’eau. 

Vérifier les scénarios proposés par les élèves en utilisant l’animation. Voici les étapes qui devront apparaître dans les scénarios :

• l’étape de rapprochement: les molécules d'eau s'approchent des ions du cristal pour engendrer la dislocation de celui-ci.
• l’étape de solvatation: les ions dans l'eau sont hydratés, entourés d'un nombre variable de molécules d'eau.
• l’étape de dispersion: les ions hydratés se retrouvent dispersés au milieu du solvant.

Pour aller plus loin…

• Le sel peut-il se dissoudre dans de l’huile ?
• Quelle est l’influence de la température sur la dissolution du sel ?
• Quelle est l’influence de l’agitation sur la dissolution du sel ?