Solubilité et miscibilité : cours de physique-chimie 5e

Tu verses une cuillère de sucre dans une tasse de thé chaud. Tu remues, et les grains disparaissent. Pourtant, le thé est devenu plus sucré : le sucre est toujours là, mais tu ne le vois plus. Si tu verses maintenant de l'huile dans un verre d'eau, c'est tout autre chose : l'huile reste au-dessus, bien visible, et refuse de se mélanger.

Ces deux situations du quotidien posent deux questions de physique-chimie. La première : un solide peut-il se dissoudre dans un liquide, et jusqu'à quelle quantité ? C'est la question de la solubilité. La seconde : deux liquides peuvent-ils former un seul liquide uniforme ? C'est la question de la miscibilité.

Au programme du cycle 4, ces deux notions se découvrent d'abord par l'expérience, dès le début du cycle. ¹ Dans ce cours, tu vas donc observer, décrire, puis conclure, comme un scientifique. Tu t'appuieras sur ce que tu connais déjà : les états de la matière, la masse et le volume, la différence entre corps pur et mélange.

Un mélange contient plusieurs constituants. Avant de parler de solubilité, il faut savoir décrire ce que l'on voit dans un mélange. Deux cas existent.

Observer si un mélange est homogène ou hétérogène permet de conclure sur le comportement d'un liquide mélangé à l'eau, et sur la dissolution éventuelle d'un solide dans l'eau. ⁴

Le mot miscible vient du latin miscere, qui veut dire « mêler ». Il s'applique toujours à deux liquides. On ne dit pas qu'un solide est miscible : on parle alors de solubilité, comme tu le verras plus loin.

Pour conclure, il faut observer après avoir remué et attendu. Juste après avoir versé, un liquide peut flotter un instant sur l'autre même s'ils sont miscibles. C'est le résultat final qui compte.

Quand tu mets du sel dans l'eau, tu fais un mélange d'un solide et d'un liquide. Si les grains disparaissent après avoir remué, on dit que le solide s'est dissous. Le mélange obtenu est homogène.

Une substance soluble dans l'eau se dissout dans l'eau. Une substance insoluble ne se dissout pas : le sable en est un exemple, on le voit rester en grains au fond du verre. On peut ainsi distinguer des matériaux à partir de leurs propriétés physiques, dont la solubilité dans l'eau. ⁴

La solubilité n'est pas la même pour toutes les substances. Le sel, le sucre et le sable ne se comportent pas pareillement dans l'eau. Pour le savoir, on conçoit et on réalise des expériences. Le programme demande de caractériser des mélanges par la miscibilité de deux liquides ou la solubilité d'un solide. ³

Quand on a atteint ce maximum, on dit que la solution est saturée. Si tu ajoutes encore du soluté, il ne se dissout plus et se dépose au fond. La solution saturée contient alors, pour ce volume d'eau, la plus grande quantité de soluté qu'elle peut accueillir.

On pense souvent à des solides, mais le soluté peut aussi être un gaz. La définition du soluté couvre aussi bien les solides que les gaz. ⁵ Le programme évoque la solubilité d'un gaz dans l'eau. ³

Cette notion est importante pour l'environnement. Parmi les thèmes proposés pour le cycle 4, les océans permettent d'étudier la solubilité des sels et des gaz, notamment le dioxyde de carbone produit par les combustions. ² L'eau de mer est donc, elle aussi, une solution : elle contient des sels et des gaz dissous.