Dr ABED.A
solvonts & Solutions 2è*" Année Phdrmacie
Solvants 8z Solutions
l.
Généralités sur les solutions.
2
ll.
Terminologie.
2
lll.
Propriétés générales d'un solvant.
4
lV.
Classification des solvants.
5
V.
L'eau solvant.
7
dissolution.
8
Vl.
La
Vll,
Expressiondesconcentrations.
10
Vlll.
Solutionsd'électrolytes.
15
i
Déportement de Phormilcie d'oron I Loborotoire de Chimie Anolytique I 2015-2016
Solvonts & Solutions
Dr ABED.A
2è'" Année Phormocie t. Les réactions chimiques utilisées en anaryse
solution dans un solvant liquide. . Les réactions acide base. o Les réactions de précipitation. o Les réactions de compléxation. o Les réactions d'oxydoréd uction. . Les réactions électroch im iq ues.
mettent généralement en jeu des composés en
il.
A. Soluté: Corps (gaz, liquide, solide) à dissoudre dans le solvant.
ll est formé d'un ensemble de particules (ions, molécules) Iiaisons qui peuvent être : covalentes, ioniques ou datives.
associées entres elles par des
B. Solvant: composé (gaz, liquide, solide) dans lequel des substances appelées solutés sont dissoutes ou dispersées jusqu'a l'échelle moléculaire ou ionique. C. Moment dipolaire: Prenons comme exempre une morécure diatomique héteronucréaire',AB',, dans raque[e ra répartition des charges érectroniques n'est pas symétrique par rapport au pran médiateur de l'axe AB. si B est plus électronégatif que A ra densité du nuage érectronique est plus érevée dans ra région de B que de A.
)
Molécule
HCI
Ès.i
Déportement de pharmacie d,oran
1
tatoratoire ai
Ciiri À,;riüqr,l)oti_nià
Solvonts & Solutions
DT
ABED,A
2"'" Année Phormocie
lr=ô.
I Lt
La molécule HCI est équivalente à un dipôle caractérisé par un moment en est le vecteu r.
dipolaire;r qui
ll est dirigé arbitrairement du centre des charges négatives vers le centre des
charges
positives. I : représente la distance intern ucléaire.....d e l,ordre de l,angstrôm soit 10
Unité
de;r:
DEBYE
)
10
cm
Abréviation : D
Conséquences de cette Notion : On peut classer les molécules (soluté et solvant) selon leur moment dipolaire en
/
:
Molécules polaires ou dipolaires; Dont le moment dipolaire est permanent; il résulte de la distribution non symétrique des ch
arges.
/
Molécules apolaires ou non polaires : Dont le moment dipolaire est nul en raison de la symétrie du nuage électronique. Les molécules apolaires sont représentées par: / Molécules symétriques ou toutes les forces s,a n nu lent...CCl4 / Hydrocarbures aliphatiques et alicycliques. / Molécules homonucléaires monoatomiques. exemples : Ar, He... / Molécuies homonucléaires po_V*9mj_q_g_T : Clz ,oz , N2...'
i .. .. 8cl-cl: ao co
_-.,exemples
iI
I
l I
molécules homonucléaires polyatomiques
molécule symétrique
Déportement de Phormacie d'Oron I Loborotoire de Chimie Anotvtique
I
2015_2016
Solvonts & Solutions
ilt.
DT
Propriétés générales d'un solvant
Un solvant peut agir de deux façons 1) par ses propriétés
ABED.A
:
:
chimiques:
Si le solvant est polaire et selon sa structure, il va agir comme donneur ou comme accepteur
et transforme ainsi plus ou moins les liaisons entre les atomes du corps dissous de la forme covalente vers la forme ionisée. 2) Par sa constante diélectrique
:
L'attraction entre deux ions dépend de la constante diélectrique du milieu. La force qui unit deux particules de charges Z'et Z+ distants de « r » est donnée par la loi de Coulomb
F:
Z-.2* r2
Lorsque les ions sont dans un solvant de constante diélectrique ou de force d'attraction est divisée par e tel que :
F:
I
Z-,2*
6
r2
permittivité e,
la
- Dans les solvants ayant une constante a > 40 les liaisons sont totalement brisées et les paires d'ions sont totalement dissociées. - Dans les solvants ayant une constante e < 20 les ions restent en majeure partie associée.
Déportement de Pharmacie d'Oran I Loboratoire de Chimie Anolytiquel 2015-2016
Solvtnts & Solutions DT ABED.A
2u^" Année Phormacie
lV.
Classification des solvants
:
L'intérêt de cette crassification réside dans re fait qu,un sorvant dissout bien prus facirement -un composé qui renferme des groupements fonctionnels identiques ,,Un
semblable dissout son semblable,,
Plusieurs critères peuvent servir de base à cette classification selon la nature chimique.
-
o, ,nalograr.
:
selon Ia polarité : solvants polaires et solvants apolaires. selon re pouvoir diérectrique : sorvants dissociant et sorvants peu dissociant.
1. Classification selon la nature chimique: Solvants hvdroxvJés = contiennent des groupements OH - les alcools: méthanol, éthanol
r'
r'
r'-
r'
/
- les acides carboxyliques : les plus importants sont l,acide formique acétiq ue Solva nts oxvgénés = - Ies éthers oxydes: oxyde de méthyle - les esters: acétate d,éthyle - les cétones : Ie plus connue est l,acétone - les sulfoxydes: diméthyl sulfoxyde (DMSO) Solva nts azotés = - les amides : formamide, diméthyl formamide - les amines : pyridine la plus utilisée - les nitriles: acétonitrile (CH3CN) Solva nts haloeénés - dich lorométhane (CHzClz) - chloroforme (CHC|3) - tétrachlorure de carbone (CCla) Solvants nitrés et sulfurés n itrobenzène - le sulfure de carbone Les hvdroca rbures Peuvent être aliphatique comme l,hexane ou aromatique comme le benzène
et
I'acide
C6H1a
2. Classification selon la polarité: - les solvants qui présentent un moment dipolaire permanent sont définis comme solvants pola ires EX DMSO, Acétone, Eau - les solva nts qui ne possèdent pas de moment dipolaire permanent sont dits apolaires. Ex tétrach lorure de carbone, benzèn e Entre ces deux crasses, ir existe des sorvants de porarité moyenne ter que cétone, esters,
éth er oxyde.
Département de pharmocie d,oron I
LaborotoiàirViniiii Àrititiàuà t )ols1:àG
Solvonts & Solutions
DT
3. Classification selon le pouvoir diélectrique
ABED.A
:
a.
solvants dissociant s > 40 La constante diélectrique est élevée, les liaisons ioniques du soluté sont brisées p ratiq u ement totalement. N- méthyl formamide e = L82,4 Eau e = 78,5 DMSO e=49
b.
solvants intermédiaires 15< e < 40 Dans ce cas la concentration des ions en solution est négligeable par rapport à celles des corps réagissant quise trouvent à l'état de molécules.
c.
Ethanol
x = 24,3
Am mon iac
e = 22,5
solvants très peu dissociant e < 15 Acide acétiq ue Chloroforme
e=6,2 e=5
REMARQUE:
ll existe d'autres classifications faisant intervenir les interâctions spécifiques soluté solvant, le caractère acide ou basique du solvant, le caractère ionisé du solvant. En mélangeant deux solvants dans des proportions variables, on obtient un milieu solvant dont les propriétés chimiques et le pouvoir dissociant sont différents des solvants de départ, on crée ainsi un nouveau solvant.
Déportement de Phormocie d'Oron I Laboratoire de Chimie Anolytique
I
2015-2016
Solvonts & Solutions
V.
DT ABED.A
L'eau solvant
:
L'eau est un solvant d'une importance exceptionnelle. De nombreuses opérations de l'analyse chimique sont réalisées en solution aqueuse. La chimie en solution aqueuse est la chimie dont l'étude est la plus approfondie. ô2'L
ô+
ô+
lleau est dipolaire (p = 1,86 debye) Avec: p = moment dipolaire permanent
L'eau étant un solvant polaire dissociant et ionisant C'est aussi un solvant amphiprotique : peut jouer le rôle d'acide ou de base 2 types d'interaction
1) oipôlo
;--.-
:
-
l.ilisoüs l-lydrcg(ir§
. . -'_'.
ô'e()
2) Liaison hydrogène
:
V *-d
o/ Les
propriétés solvantes de l'eau sont dues : / à son aptitude à donner des liaisons hydrogène. / à la valeur élevée de son moment dipolaire. I vaut 1,8SD ( D : debye) / à son pouvoir dissociant Iié à sa permittivité relative élevée. e = 7g,5
Déportement de pharmacie d,Oran I Loboratoire de Chimie Anolytiquel 2015_2016
Solvonts & Solutions
DT ABED.A
Année Pharmocie
vt.
La dissolution:
c'est le passage d'une substance chimique de l'état ou elle est pure à l'état de solution dans un solvant.
très grande majorité des réactions chimiques a lieu en solution. Lorsque les molécules du soluté AB sont mises en présence d'un solvant s celui-ci peut exercer une triple action : La
a. la solvatation
:
Lorsque le soluté entre en contact avec Ie solvant des liaisons s'établissent (liaisons hydrogène ou par transfert d'électrons). Interaction énergétique et spatiale entre les particules dissoutes et le solvant ) chaque molécule ou ion dissout s'entoure d'une enveloppe de molécules de solvant plus ou moins liées. ) coquille de solvatation. Dans le cas de l'eau on parle d,hvdratation b. L'ionisation : Le pouvoir ionisant du solvant provient de sa capacité d'agir comme accepteur ou donneur d'électrons afin de transformer une liaison co valente en liaison ionique. .T Dissociation de lo paire d'ions:
[A* B-]
A* +
B-
-:::-::
ces liaisons peuvent modifier profondément la structure du soluté AB, entraînant la coupure de la liaison covalente A-8.
.
o
Lorsque le soluté est constitué d'ions, ceux-ci sont plus ou moins libres dans la solution selon le pouvoir dissociant du solvant, qui est caractérisé par sa constante diélectrique e. Lorsque s est faible on peut assister à la formation de paires d,ions (A-, B+).
Département de Phormocie d'Aron I Loboratoire de Chimie Anolytiquel 2015-2016
Solvonts & Solutions
DT
ABED.A
2è^" Année Phormacie
c. La solvolvse : Dans certains cas, on assiste à la constitution de nouvelles liaisons covalentes avec les
molécules du solvant S. Dans le cas de l'eau on parle d'hvdrolvse
Ex: ACOONa
+
HzO
----------------
Na* + 4666-11116
ll
l
+I ACOOH + OH'
Facteurs influenÇant la dissolution La
d
:
issolution dépend de: La nature de la substance à dissoudre. La nature du solvant utilisé.
-
La tem pératu re.
1. lnfluence de la structure:
-
La La
structure moléculaire détermine la polarité d'un composé (soluté ou solvant). solubilité est favorisée si le soluté et le solvant ont la même polarité.
Vitamine
Vitamine A
C
,d=ÎI)
1-. r- H --L ; r o:on- -{o - --\ t:,.î-ga:A) -, H --\ /-\u \,/ \ -./ I
-o:iir
$-V
Pola
ire
)
H
1', I .r. .. T c1.,-
)ô{ } _.
'Ë-I I
I
HH
hydrosoluble
apolaire
)
9n,,,
\"-c--.-c--=i2f,l_r.;
'L 'j
,!,-n
liposoluble
2, lnfluence de la température: cas des solides
F
Si réaction
)
Si réaction exothermique
endothermique: T" augmente
)
solubilité augmente
:
)
solubilité diminue
T" augmente
Dépqrtement de Phormocie d'Oron I Loboratoire de Chimie Anolytique
|
2015_2016
Solvonts & Solutions
Dr ABED.A
2è'e Année Phormocie
Concentration analytique d,une substance dans une solution
:
Expression de la composition quontitotive d,une solution définitions qui établissent un rupport numérique enlre la quantité de soluté et celles de la
)
solution ou du solva nt.
a
qu
a
ntité de substance
volume de la solution
-> volume de référence est généralement le litre. La quantité Q peut -} être exprimée en moles, en équivalents, ou en masse Le
Le qualificatif analytique indique que la concentration est relative à la quantité de substance dissoute, sans considération de l'éventuelle ionisation des molécules de substances dissoutes. s'il s'agit par exemple de molécules AB partiellement dissociées selon :
AB:-
A-+B+
concentration analytique se réfère à la quantité de substance AB, sans tenir compte de dissociation. La solution contient en réalité des ions A-, Des ions B*, et des molécules AB. Ainsi dans le cas d'une solution d,acide acétique : La
CH3COOH + Acide acétique
HzO .
L anal - L
acideacétique
* ' L
sa
CH3COO-+H:O* acétate àcétâte
10
Déportement de Phormocie d,Oron I Loborotoire de Chimie Anolytiquel 2075_2016
Solvants & Solutions
DT
ABED.A
2è^" Année phormocie
a- Concentration pondéra le;
{m/m}
rna§se de soluté
C; mâsse de solution obtenue b- Concentration volumiquer {m/V) masse du soluté {g} C=
volume de Ia solution c- Concentration molaire
C:
su môlarité : {n/V) Nombre de moles de soluté
volume de solution On définit la molarité d'une solution en déterminant le
rapport:
Masse du soluté par litre de solution
=
X
mol/l
Masse moléculaire du soluté
solution qui contient une mole par litre, c'est-à-dire X = 1 est appelée solution molaire ou 1M. Si X est égal à 10 t ,IO'' , LO-'. On utilise les préfixes déci , centi , milli Ex : une solution 0,1M est une solution déci molaire
' .
La
d- molalité : (mole/ K Elle exprime la quantité de soluté (mole) contenue dans 1000 g de solvant. La
molalité est peu utilisée en chimie analytique.
e- fraction molaire: c'est le rapport entre le nombre de moles d'un composant donnée et le nombre total de moles présentes dans la solution: EX :
pour une solution à deux composants A et
Si na =
6665r" de moles
de
A
et
nB
B
= nombre de moles de B
114
xA=-'-
l'l g
;
/\ll _
nn*ne
111
* lls
-
Département de Phormocie d,Oron I Loborotoire de Chimie Anolytique
I
2015_2016
Solvonts & Solutions
Dr ABED.A
F.
Normalité : (équivalent Eramme Eo.
La
normalité N exprime le nombre d'équivalents -grammes de soluté par litre de solution.
Définition de l'équivalent : L'équivalent -gramme est la quantité de substance comprenant une mole des particules consid érées. La masse de l'équivalent d'un composé et sa normalité sont calculées selon la réaction chimique à laquelle il participe. La concentration en normalité est la masse de substance exprimée en nombre d,équivalents dissoute dans un litre de solution. Eq
Xeq/l ouXN
. r
solution qui contient un eq/l (X =1), est une solution normale 1N Si X = 7O'1, !O'2,10-3, on utilise les préfixes déci, centi, ou milli La
Ex : une
solution
1O-1N,
est une solution déci normale,
Remarque : cette notion de normalité à un intérêt pratique. (voir cours de titrages).
o
acidimétrie = pour la solution acide, la normalité est le nombre d,équivalents que peut libérer un acide par litre de solution. En
H*
1H*
HCL
--------------> 2H*
HzSO+
---------->
1
équivalent = MHcr= 36,Sg
1 équivalent = Mnzsoq
/2
=
gB/2 = a9e
Ainsi une solution normale (1N) d,HCl contient 36,5g. Une solution normale (1N) d,H2SO4 contient 49g.
'
En oxvdoréductioÀ = r'équivalent est défini comme la quantité d,agent oxydant ou
d'agent réducteur qui peut accepter ou fournir une mole d,électrons. En milieu acide (+ 5é) 1eq = 1Y175 Mn7* + 5é -----+ Mn2*
KMn04 (Mn7*) Mn7* +
3é
--------> Mn4*
leq
=
1Y73
En milieu basique (+ 3é) 12
Remarque = la définition d'un équivalent varie selon la réaction considérée, car l,équivalent di.i*&s.=, d'une substance n'est pas n écessa irementjile. '.ffi' , Déportement de pharmocie d,Aran
I Loborotoire
de Chimie Anotytique
I
2015_2016
G. Expression de la concentration en
m/m
ourcentage = %
mlv
vlv
C'est le nombre de "grammes', de substance dissoute dans 1009
de solution.
masse de soluté
%lm/m)
x
=
100
masse de solution obtenue Exemple: Ex: HCI commercial vendu à 37%
379 d'HCl pour 1009 de solution.
pou r les so lution diluées
masse soluté C
x
{ppm)'
106
masse de solution
La
concentration en partie par billions : ppb
pour les solutions encore plus diluées mas§e soluté C
(ppb)
x
=
10e
masse de solution
Ex : Une
partie par million lppm correspond à 1mg par kg ou 1pg par g ou O,OOOL%
Déportement de pharmocie d,Oron I Loborotoire de Chimie Analytique
|
2015_2016
Solvonts & Solutions
DT
ABED.A
2è'" Année Pharmocie
C'est le nombre de grammes de subsfance dissoute dans L00ml
de solution. masse du soluté
%lm/v)=
x 100
volume de la solution
5% c+
Ex: nitrate d'argent à 5g de nitrate d,argent pour 100m1 de solution. %vfv = c'est le nombre de ml d,un soluté dans 100m1 de solution.
volume du soluté %(u/vl=
x 100
volume de Iâ solution Ex: méthanol à
5% -----;
5ml de méthanol pour 100m1 de solution.
- L'expression partie par millions (p.p.m) est exprimée masse pour masse m/m.
I4
Déportement de Phormocie d,Oron I Laboratoire de Chimie Anàiytique
I
2075_2016
Solvonts & Solutions
Vlll. A.
Solutions d'électrolvtes
:
Concept d'activité
Les ions en solution ne peuvent être considérés comme des entités isolées.
Leur comportement est influencé oar les ions voisins, présence d,interactions ioniques.
ces interactions varient avec l'entourage de l'ion. Elles dépendent de la concentration <c> de l'ion mais aussi de la nature de l,électrolyte. Pour tenir compte de ces influences on a introduit le concept d,activité de l,ion, et la notion de la force ionique.
Activité = théorie de Debye et Huckel
Activité d'un suivante:
ion < a > = par définition |activité d'un ion est donnée par ra reration a=\/.c
a = activité de l'ion c = concentration de l'ion.
y = coefficient d'activité
y<1
a
le coefficient d'activité y mesure l,interaction des ions la valeur de y tend vers 1 rorsque res sorutions sont très diruées. Dans ce cas on peut confond re activité et concentration.
B.
Force
ionique:
Elle permet d'apprécier l'encombrement ionique d'une solution. Elle est définit en fonction des charges des différents ions et de leurs concentrations : |
=% ( C.7u2 + CrZu2 +............C
nZn2)
=%
,
CiZiz
Zi : charge de l'ion. Ci : concentration molaire de l,ion.
Remarque: lorsque ra force ionique n'est pas négrigeabre dans lexpression des constantes d'équilibres, la concentration ionique doit être rempiacée par l,Activité.
15
Département de pharmocie d,oron I Loborotoire de chimie iÀàjwique
I
2015_2016