11.2: Électrolytes

Électrolytes ioniques

L’eau et d’autres molécules polaires sont attirées par les ions, comme le montre la figure \(\PageIndex{2}\). L’attraction électrostatique entre un ion et une molécule avec un dipôle est appelée attraction ion-dipôle. Ces attractions jouent un rôle important dans la dissolution des composés ioniques dans l’eau.

Le diagramme montre huit sphères violettes étiquetées K exposant plus et huit sphères vertes étiquetées C l exposant moins mélangées et se touchant près du centre du diagramme. En dehors de cet amas de sphères se trouvent dix-sept amas de trois sphères, qui comprennent une sphère rouge et deux sphères blanches. Une sphère rouge dans l'un de ces amas est étiquetée O. Une sphère blanche est étiquetée H. Deux des sphères vertes en exposant C l moins sont entourées de trois des amas rouges et blancs, les sphères rouges étant plus proches des sphères vertes que des sphères blanches. L'une des sphères K exposant plus violet est entourée de quatre des grappes rouges et blanches. Les sphères blanches de ces amas sont les plus proches des sphères violettes.

Figure \(\PageIndex{2}\): Lorsque le chlorure de potassium (KCl) se dissout dans l’eau, les ions sont hydratés. Les molécules d’eau polaire sont attirées par les charges sur les ions K+ et Cl−. Les molécules d’eau devant et derrière les ions ne sont pas représentées.

Lorsque les composés ioniques se dissolvent dans l’eau, les ions du solide se séparent et se dispersent uniformément dans toute la solution car les molécules d’eau entourent et solvatent les ions, réduisant les fortes forces électrostatiques entre eux. Ce processus représente un changement physique appelé dissociation. Dans la plupart des conditions, les composés ioniques se dissocient presque complètement lorsqu’ils sont dissous, et ils sont donc classés comme des électrolytes forts.

Considérons ce qui se passe au niveau microscopique lorsque nous ajoutons du KCl solide à l’eau. Les forces ion-dipolaires attirent l’extrémité positive (hydrogène) des molécules d’eau polaire vers les ions chlorure négatifs à la surface du solide, et elles attirent les extrémités négatives (oxygène) vers les ions potassium positifs. Les molécules d’eau pénètrent entre les ions individuels K + et Cl− et les entourent, réduisant les fortes forces interioniques qui lient les ions ensemble et les laissant se déplacer en solution sous forme d’ions solvatés, comme le montre la figure. La réduction de l’attraction électrostatique permet le mouvement indépendant de chaque ion hydraté dans une solution diluée, ce qui entraîne une augmentation du désordre du système lorsque les ions passent de leurs positions fixes et ordonnées dans le cristal à des états mobiles et beaucoup plus désordonnés en solution. Ce trouble accru est responsable de la dissolution de nombreux composés ioniques, y compris le KCl, qui se dissolvent avec l’absorption de la chaleur.

Dans d’autres cas, les attractions électrostatiques entre les ions dans un cristal sont si grandes, ou les forces d’attraction ion-dipôle entre les ions et les molécules d’eau sont si faibles, que l’augmentation du désordre ne peut compenser l’énergie nécessaire pour séparer les ions, et le cristal est insoluble. C’est le cas de composés tels que le carbonate de calcium (calcaire), le phosphate de calcium (le composant inorganique de l’os) et l’oxyde de fer (rouille).