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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 297 — #305
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Exercices Corrigés
CORRIGÉS
qu’elles sont susceptibles d’établir avec l’eau sont intenses. La solubilité la plus importante est rencontrée lorsque la molécule établit les interactions attractives les plus importantes avec le solvant.
2. Il est crucial de remarquer que la structure spatiale du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre sont
différentes. La molécule de dioxyde de carbone est linéaire, tandis que la molécule de dioxyde de soufre
est coudée. Ainsi, le dioxyde de carbone est une molécule apolaire tandis que le dioxyde de soufre
est une molécule polaire. Les interactions entre molécules polaires sont des interactions attractives
importantes. Dans le cas de la solubilisation du dioxyde de soufre dans l’eau, il se développe un système
d’interactions attractives de type dipôle/dipôle entre le dioxyde de soufre et l’eau, favorisant largement
la solubilité dans l’eau.
3. Le cas de l’ammoniac retient l’attention, avec une solubilité très importante. Il se développe lors de
l’introduction de l’ammoniac dans l’eau un système d’interactions attractives très importantes entre les
molécules d’ammoniac et les molécules d’eau. Ces interactions attractives sont des liaisons hydrogène
très nombreuses : les molécules d’eau et les molécules d’ammoniac sont à la fois capables de fournir et
d’accepter des liaisons hydrogène.
5.3 Recristallisation
1. Un solide à purifier est solubilisé dans un minimum de solvant chaud. Une filtration à chaud élimine
les éventuelles impuretés insolubles à chaud. Le liquide chaud refroidit et le produit solide réapparaît
à froid (il recristallise). Il peut être isolé par essorage. Notons qu’en chimie organique, un essorage et
une filtration sont un seul et même processus expérimental, mais on réserve le terme essorage à une
manipulation visant à récupérer le solide et le terme filtration à une manipulation visant à récupérer le
liquide. Le solide apparu après recristallisation est de pureté supérieure au solide initial : outre les impuretés insolubles à chaud qui ont été éliminées par filtration, les impuretés solubles à froid demeurent
dans le solvant lors du refroidissement.
2. De façon générale, la présence de groupements susceptibles d’établir des liaisons hydrogène accroît
la solubilité d’une espèce dans l’eau. La valeur du moment dipolaire est aussi un paramètre à considérer, tout comme la taille de la molécule et la cohésion de l’état solide que l’on cherche à dissoudre.
Dans le cas des acides maléique et fumarique, la valeur du moment dipolaire est différente : la molécule
d’acide maléique possède un moment dipolaire plus important que la molécule d’acide fumarique (ce
dernier possède un centre de symétrie conduisant à la nullité du moment dipolaire global). Le caractère polaire de l’acide maléique est un argument en faveur de sa plus importante solubilité dans l’eau.
La capacité à établir des liaisons hydrogène dans l’eau est différente suivant que l’on étudie l’acide
fumarique ou l’acide maléique. En effet, l’acide maléique peut établir des liaisons hydrogène intramoléculaire (et par conséquent moins de liaisons hydrogène intermoléculaires avec l’eau). Ce dernier
point est un argument en faveur de la moins importante solubilité dans l’eau de l’acide maléique. On
observe expérimentalement le contraire, ce qui signifie que l’argument avancé à propos de l’établissement de liaisons hydrogène dans l’eau n’est pas décisif. En effet, l’influence des liaisons hydrogène
sur la solvatation n’est pas le seul point à prendre en compte, il faut aussi étudier la cohésion de l’état
solide que l’on cherche à dissoudre. Ainsi, la cohésion du solide acide fumarique (qui crée des liaisons
hydrogène intermoléculaires entre molécules d’acide) est a priori plus forte que la cohésion du solide
acide maléique (qui développe des liaisons hydrogène intramoléculaires). Ce dernier aspect qui va dans
le sens d’une plus faible solubilité de l’acide fumarique semble être déterminant si on considère les
valeurs numériques fournies pour les solubilités des deux acides.
3. Le volume V min,1 d’eau nécessaire pour dissoudre 10,0 g d’acide fumarique est égal à 100 mL. Le
volume V min,2 d’eau nécessaire pour dissoudre 1,0 g d’acide maléique est égal 0,25 mL. Pour effectuer
cette recristallisation en ayant intégralement dissous l’échantillon à 100 °C, il convient d’utiliser le
volume d’eau égal à V min = max [V min,1 ,V min,2 ] = 100 mL.
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qu’elles sont susceptibles d’établir avec l’eau sont intenses. La solubilité la plus importante est rencontrée lorsque la molécule établit les interactions attractives les plus importantes avec le solvant.
2. Il est crucial de remarquer que la structure spatiale du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre sont
différentes. La molécule de dioxyde de carbone est linéaire, tandis que la molécule de dioxyde de soufre
est coudée. Ainsi, le dioxyde de carbone est une molécule apolaire tandis que le dioxyde de soufre
est une molécule polaire. Les interactions entre molécules polaires sont des interactions attractives
importantes. Dans le cas de la solubilisation du dioxyde de soufre dans l’eau, il se développe un système
d’interactions attractives de type dipôle/dipôle entre le dioxyde de soufre et l’eau, favorisant largement
la solubilité dans l’eau.
3. Le cas de l’ammoniac retient l’attention, avec une solubilité très importante. Il se développe lors de
l’introduction de l’ammoniac dans l’eau un système d’interactions attractives très importantes entre les
molécules d’ammoniac et les molécules d’eau. Ces interactions attractives sont des liaisons hydrogène
très nombreuses : les molécules d’eau et les molécules d’ammoniac sont à la fois capables de fournir et
d’accepter des liaisons hydrogène.
5.3 Recristallisation
1. Un solide à purifier est solubilisé dans un minimum de solvant chaud. Une filtration à chaud élimine
les éventuelles impuretés insolubles à chaud. Le liquide chaud refroidit et le produit solide réapparaît
à froid (il recristallise). Il peut être isolé par essorage. Notons qu’en chimie organique, un essorage et
une filtration sont un seul et même processus expérimental, mais on réserve le terme essorage à une
manipulation visant à récupérer le solide et le terme filtration à une manipulation visant à récupérer le
liquide. Le solide apparu après recristallisation est de pureté supérieure au solide initial : outre les impuretés insolubles à chaud qui ont été éliminées par filtration, les impuretés solubles à froid demeurent
dans le solvant lors du refroidissement.
2. De façon générale, la présence de groupements susceptibles d’établir des liaisons hydrogène accroît
la solubilité d’une espèce dans l’eau. La valeur du moment dipolaire est aussi un paramètre à considérer, tout comme la taille de la molécule et la cohésion de l’état solide que l’on cherche à dissoudre.
Dans le cas des acides maléique et fumarique, la valeur du moment dipolaire est différente : la molécule
d’acide maléique possède un moment dipolaire plus important que la molécule d’acide fumarique (ce
dernier possède un centre de symétrie conduisant à la nullité du moment dipolaire global). Le caractère polaire de l’acide maléique est un argument en faveur de sa plus importante solubilité dans l’eau.
La capacité à établir des liaisons hydrogène dans l’eau est différente suivant que l’on étudie l’acide
fumarique ou l’acide maléique. En effet, l’acide maléique peut établir des liaisons hydrogène intramoléculaire (et par conséquent moins de liaisons hydrogène intermoléculaires avec l’eau). Ce dernier
point est un argument en faveur de la moins importante solubilité dans l’eau de l’acide maléique. On
observe expérimentalement le contraire, ce qui signifie que l’argument avancé à propos de l’établissement de liaisons hydrogène dans l’eau n’est pas décisif. En effet, l’influence des liaisons hydrogène
sur la solvatation n’est pas le seul point à prendre en compte, il faut aussi étudier la cohésion de l’état
solide que l’on cherche à dissoudre. Ainsi, la cohésion du solide acide fumarique (qui crée des liaisons
hydrogène intermoléculaires entre molécules d’acide) est a priori plus forte que la cohésion du solide
acide maléique (qui développe des liaisons hydrogène intramoléculaires). Ce dernier aspect qui va dans
le sens d’une plus faible solubilité de l’acide fumarique semble être déterminant si on considère les
valeurs numériques fournies pour les solubilités des deux acides.
3. Le volume V min,1 d’eau nécessaire pour dissoudre 10,0 g d’acide fumarique est égal à 100 mL. Le
volume V min,2 d’eau nécessaire pour dissoudre 1,0 g d’acide maléique est égal 0,25 mL. Pour effectuer
cette recristallisation en ayant intégralement dissous l’échantillon à 100 °C, il convient d’utiliser le
volume d’eau égal à V min = max [V min,1 ,V min,2 ] = 100 mL.
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