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Vidéo de la leçon : Les sels Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre ce que sont les sels en chimie, comment ils sont nommés, et comment décrire la préparation des sels solubles et insolubles.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre ce que sont les sels en chimie, comment ils sont nommés, et comment décrire la préparation des sels solubles et insolubles. Nous examinerons également pourquoi nous considérons certains sels comme étant acides, neutres ou basiques.

Un sel est un type de composé chimique. L’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée, l’UICPA, considère tout produit chimique constitué d'un ensemble de cations et d’anions comme étant un sel. Les cations sont des ions chargés positivement, alors que les anions sont des ions chargés négativement. Pour certaines personnes, tout composé ionique est donc un sel, et tous les sels sont des composés ioniques.

En pratique, lorsque nous parlons de sels, nous faisons souvent référence à des composés ioniques spécifiques pouvant être produits par la réaction d’un acide avec une base. Dans ce cas, nous tenons seulement compte du type d’acide pouvant donner des ions H+. Ce sont les acides de Brønsted-Lowry. Vous pouvez voir cette réaction : un acide plus une base qui réagissent pour former un sel plus de l’eau. Cette équation s’applique seulement lorsque nous avons affaire à une base avec des ions OH−, également connue comme un alcali ou une base d’Arrhénius. De nombreuses bases que vous êtes susceptibles de rencontrer entrent dans cette catégorie.

Nous savons qu'un sel est généralement une combinaison de cations et d’anions, et que le symbole chimique de l’eau est H2O. Mais est-ce que le cation ou l’anion provient de l’acide ou de la base? Si nous commençons par la base, nous savons que qu'elle doit contenir des ions OH−, ce qui signifie qu’elle doit être associée avec un cation. De son côté, l’acide contenant des ions H+ fournit l’anion. Voici donc la formation générale d’un sel à partir d’un acide et d’une base, ainsi que H20, l’eau qui est formée par la réaction entre les ions H+ et OH−.

Commençons par quelques-uns des acides que vous connaissez peut-être, et déterminons quels anions ils fournissent au sel. L’acide chlorhydrique, HCl, réagit avec de nombreuses bases différentes. Quelle que soit la base, la réaction produit toujours un sel de chlorure, c’est à dire un sel contenant des ions chlorure Cl−. L’acide sulfurique, H2SO4, réagit généralement avec des bases pour produire des sels de sulfate, soit des sels contenant des ions SO42−. L’acide nitrique, HNO3, produit des sels de nitrate, des sels contenant des ions NO3−. Finalement, l’acide bromhydrique réagit comme l’acide chlorhydrique, mais produit à la place des sels de bromure. Nous devrions donc pouvoir appliquer ce principe à n’importe quel acide.

Examinons maintenant quelques exemples de bases. L’hydroxyde de sodium, une base couramment utilisée, a la formule NaOH. Lorsque l’hydroxyde de sodium réagit avec un acide, il produit un sel de sodium contenant le cation Na+. Lorsque l’hydroxyde de potassium, KOH, réagit avec des acides, il produit des sels de potassium contenant des ions K+. Nous observons également un comportement similaire pour l’hydroxyde d’ammonium, NH4OH. L’hydroxyde d’ammonium réagit avec les acides pour produire l’ion ammonium, NH4+, et des sels d’ammonium. La majorité des sels sont des sels métalliques, car ils sont dérivés d’éléments métalliques. Toutefois, il existe aussi des sels non-métalliques, comme les sels d’ammonium, qui sont dérivés des non-métaux.

Combinons maintenant ces deux éléments ensemble et examinons quels sels nous pouvons produire. Un acide plus une base réagissent pour former un sel plus de l’eau. Si l’acide chlorhydrique et l’hydroxyde de sodium réagissent ensemble, le sel formé sera constitué d’anions provenant de l’acide chlorhydrique, ce qui signifie que nous obtiendrons des anions chlorure. Et nos cations Na+, ou nos ions sodium, proviennent de la base, soit l’hydroxyde de sodium. Nous pouvons donc écrire la formule suivante : HCl plus NaOH réagissent pour former NaCl plus H2O. Alors, qu’en est-il des autres acides et bases? Qu’est-ce que nous obtiendrons si l’acide sulfurique et l’hydroxyde de potassium réagissent ensemble? L’acide fournit l’anion sulfate, et la base fournit le cation potassium, ce qui nous donne du sulfate de potassium. Nous pouvons convertir l'équation de noms en équation de symboles. Puisque l’acide sulfurique est diprotique (il possède deux ions hydrogène au lieu d’un), nous avons besoin de 2KOH pour équilibrer la réaction et produire un K2SO4 plus 2H2O.

Nous avons ensuite l’acide nitrique et l’hydroxyde de magnésium qui réagissent pour produire du nitrate de magnésium. En voici les formules chimiques. Faites bien attention au magnésium qui porte une charge de deux plus, ce qui signifie que nous avons deux ions OH−. Nous avons donc besoin de deux fois plus d’acide nitrique que d’hydroxyde de magnésium pour équilibrer l’équation. Vous pouvez même deviner facilement ce qui se produira en faisant réagir de l’acide phosphorique avec de l’hydroxyde d’ammonium. L’acide phosphorique produit l’anion phosphate. Nous obtiendrons donc du phosphate d’ammonium. Cette réaction est un peu plus complexe. Je vais donc seulement vous donner l’équation équilibrée et passer à la prochaine section.

Dans la section précédente, nous avons utilisé le nom de beaucoup de sels. Comment pourrions-nous nommer un sel dont nous n’avons jamais entendu parler? Voici la formule d’un sel, soit le HgS. Hg est le symbole représentant l’élément mercure, et S est le symbole représentant l’élément soufre. Le mercure est un élément métallique, alors que le soufre est un élément non-métallique. Nous pouvons nous en rappeler à partir de la position de ces éléments dans le tableau périodique. À gauche de la ligne en zigzag, nous rencontrons principalement les métaux, et à droite, les non-métaux. Nous pouvons donc prédire que HgS est un composé ionique. Les métaux ont tendance à perdre des électrons plus facilement que les non-métaux et nous pouvons prévoir que le métal (le mercure) apporte des cations, et que le non-métal (le soufre) fournisse des anions.

Le soufre, tout comme l’oxygène, appartient au groupe 16 autrement appelé le groupe 6 du tableau périodique. On s'attend donc à ce que chaque atome de soufre gagne deux électrons pour former des ions S2−. Comme la formule indique que le rapport entre le mercure et le soufre est de un pour un, nous devrions également avoir des ions Hg2+. Lorsque nous nommons des composés ioniques comme des sels, nous commençons toujours par le nom de l'anion suivi du nom du cation.

Le nom d’un cation métallique est le même que celui du métal, donc celui du mercure est mercure. Toutefois, le nom de l’anion est différent. Dans ce cas, le soufre se transforme en sulfure. Le suffixe « -ure » indique que nous avons affaire à un anion qui est monoatomique, ce qui signifie qu'il contient un seul noyau. À titre informatif, le suffixe « -ate » ou A-T-E a une signification un peu plus compliquée. Mais il signifie toujours que nous avons affaire à un anion polyatomique contenant de l’oxygène et un autre élément. Dans notre exemple, le nom définitif est le sulfure de mercure. Toutefois, le mercure a plusieurs nombres d’oxydation possibles, et nous pouvons donc être beaucoup plus précis en écrivant le nom du sulfure de mercure comme étant du sulfure de mercure(II).

Cette précision n'est généralement pas nécessaire pour les éléments du groupe principal. De cette façon, nous pouvons facilement distinguer le nom d’un sel parmi ceux des autres composés chimiques. Il y aura toujours au moins deux termes distincts, un pour l'anion et un pour le cation. En général, nous n’utilisons pas de préfixes comme « mono- », « di- » et « tri- ». Par exemple, on n'utilise pas dichlorure de magnésium pour nommer le chlorure de magnésium MgCl2. Vous verrez toutefois à la fin du nom des anions des suffixes comme « -ure », « -ate » et « -ite ». Les suffixes « -ate » et « -ite » décrivent tous deux différents anions polyatomiques contenant un élément et de l’oxygène. Il n'est toutefois pas nécessaire d’aborder ces détails dans le cadre de cette vidéo.

Nous avons donc classé les sels en sels métalliques et non-métalliques. Mais il existe aussi une autre propriété qui est souvent utilisée pour classer les sels : leur solubilité. Vous entendrez peut-être dire qu’un sel est soit soluble, soit insoluble. Il s'agit toutefois de regroupements approximatifs, étant donné que la solubilité couvre une gamme ininterrompue allant de complètement insoluble à complètement soluble, que nous appelons miscibilité. Deux substances miscibles forment une solution, quel que soit leur rapport. L’une des façons les plus fréquentes d’évaluer la solubilité est de déterminer la masse que nous pouvons dissoudre dans un volume donné de liquide.

Dans ce cas, nous déterminons le nombre de grammes d'une substance que nous pouvons dissoudre dans 100 mL d’eau pure. Nous appelons solution saturée une solution contenant la quantité maximale d'une substance pouvant normalement être dissoute. En raison de l’intervalle de solubilité dans ces exemples, je vais devoir utiliser une échelle logarithmique dans laquelle chaque graduation équivaut à une multiplication ou à une division par 10. La solubilité de notre sel préféré, le chlorure de sodium, se situe à environ 36 grammes par 100 millilitres à 20 degrés Celsius. Les chlorures de métaux semblables ont des solubilités similaires, bien que celles du chlorure de magnésium et du chlorure d’aluminium soient un peu plus élevées. À l’autre extrémité de la gamme, nous retrouvons une substance que nous considérons généralement comme insoluble : le carbonate de calcium. Selon sa forme, le carbonate de calcium a une solubilité d'environ sept fois 10 puissance moins quatre grammes dans 100 mL d’eau.

Il existe toutefois des substances encore moins solubles que le carbonate de calcium. Sur cette échelle, l’iodure d’argent est environ 40 000 fois moins soluble que le carbonate de calcium. Le bromure d’argent n’est pas vraiment mieux, et même le chlorure d’argent n'arrive pas à franchir ce seuil. En comparaison, le fluorure d’argent est incroyablement soluble jusqu’à 172 grammes dans 100 millilitres.

Par conséquent, la seule certitude est que les substances sont de plus en plus solubles en se déplaçant vers la droite, et de plus en plus insolubles en se déplaçant vers la gauche. Nous avons toutefois tendance à appeler « insoluble » tout ce qui se retrouve en dessous d'une certaine limite, et « soluble » tout ce qui se retrouve au-dessus de cette limite. Cette limite n’a pas besoin d’être clairement définie, car il y a une très grande différence entre les sels communs que nous appelons solubles, et ceux que nous appelons insolubles. Pour la prochaine section, gardez seulement en tête la différence approximative entre insoluble et soluble.

Nous allons maintenant examiner comment synthétiser certains de ces sels en pratique. Si un sel est insoluble ou peu soluble, nous pouvons parfois le synthétiser à l'aide d'une réaction de précipitation. Une réaction de précipitation est simplement une réaction au cours de laquelle un solide est produit à partir d’une solution. Au cours d'une réaction de précipitation, nous avons généralement un ou plusieurs solutés ou réactifs dissouts qui forment au moins un produit solide. En laboratoire, ce type de réaction se produit généralement en mélangeant deux solutions aqueuses différentes. Les produits chimiques présents dans les deux solutions vont réagir ensemble pour former une poudre très fine de produit solide.

Ces particules flotteront en solution, formant ce que nous appelons une suspension. Ou les particules vont rapidement se regrouper et se déposer au fond du récipient, formant un précipité. Pour certaines suspensions, le dépôt du solide au fond du récipient peut prendre beaucoup de temps Peu importe si le solide se dépose ou non, l’étape suivante est la même. Le mélange est agité et filtré, laissant ainsi le solide sur le papier-filtre, qui peut ensuite être lavé avec davantage de solvant, séché et purifié.

Nous pouvons illustrer ce processus complet en utilisant des solutions de nitrate de plomb et d’iodure de potassium. Ces deux solutions sont incolores. Lorsque ces deux solutions sont mélangées, de l’iodure de plomb se forme rapidement. Il s'agit d'un solide insoluble, brillant et jaune. Le nom de cette expérience est l'expérience de la pluie d'or en raison de ces caractéristiques. Après la filtration, le lavage et le séchage, nous obtenons de l’iodure de plomb pur. Toutefois, la filtration ne fonctionnera pas si le sel est soluble. Si le sel est soluble, il sera difficile de le séparer du reste de la solution, qui contient potentiellement d’autres produits et des restes de réactifs.

Le premier scénario est lorsque nous produisons un sel à partir d’un acide et d’une base qui sont tous les deux solubles. Si nous avons affaire à des acides et à des bases simples, nous obtiendrons du sel et de l’eau, ce qui est parfait. Nous ne voulons toutefois pas qu'il reste de l’acide ou de la base à la fin de la réaction. Le moyen le plus simple de garantir l'obtention d'un produit relativement pur est d’utiliser exactement la bonne quantité d’acide et de base. Examinons un scénario dans lequel nous produisons du chlorure de baryum (un sel), à partir d’acide chlorhydrique et d’hydroxyde de baryum. Voici ce que nous obtenons en transformant les noms en formules chimiques. Nous devons toutefois équilibrer l'équation en ajoutant 2HCl par Ba(OH)2.

Imaginons maintenant que nous mélangions des solutions à une mole par litre de chacun de ces réactifs. Afin d’avoir deux fois plus de HCl réagissant avec l’hydroxyde de baryum, nous aurions besoin de doubler le volume de notre solution de HCl à une mole par litre. Nous devons donc mélanger les solutions dans un rapport de deux pour un, afin d'obtenir une solution finale de chlorure de baryum sous une forme relativement pure. Nous pourrions ensuite éliminer le solvant (l’eau), en l’évaporant à l'aide d'une coupelle d’évaporation. Si au départ nous avions mesuré exactement les bonnes quantités d’acide chlorhydrique et d’hydroxyde de baryum, nous obtiendrons du chlorure de baryum pur.

Maintenant, le dernier scénario que nous allons examiner est celui dans lequel nous synthétisons un sel soluble en utilisant un acide soluble et une base insoluble. Puisque nous pouvons éliminer facilement les solides par filtration, tout ce que nous devons faire pour obtenir un produit pur est d’ajouter une base solide en excès afin d'utiliser tout l’acide. Nous ajoutons la base solide à la solution acide tout en agitant, et en nous assurant d’en mettre en excès pour que tout l’acide réagisse. Cela nous donnera une solution de sel pur avec une certaine quantité de base que nous devrons simplement filtrer. À la fin de la filtration, nous obtiendrons une solution pure dans un Erlenmeyer. Et après évaporation, nous obtiendrons un sel pur séché.

Avant de terminer, il y a un dernier sujet concernant les sels que nous devons aborder. Celui que les sels eux-mêmes peuvent être acides, neutres ou basiques. Les sels acides produisent des solutions acides et réagissent avec les bases. Les sels basiques produisent des solutions basiques et réagissent avec les acides. Les sels neutres produisent des solutions neutres et ne réagissent, ni avec les acides, ni avec les bases. Les sels neutres produisent donc des solutions dont le pH est d’environ sept. Les sels acides produisent des solutions dont le pH est inférieur à sept. Et les sels basiques produisent des solutions dont le pH est supérieur à sept.

L’un des cations acides les plus connus est l’ammonium, NH4. Toutefois, la plupart des cations et des sels sont neutres, en particulier les sels métalliques. Les anions basiques comprennent le carbonate (CO32−), l'hydrogénocarbonate (HCO3−), et le fluorure (F−). Vous pouvez même considérer les ions oxyde comme étant basiques, car les oxydes ont tendance à réagir avec les acides. Le groupe des anions neutres comprend les autres halogénures, soit le chlorure, le bromure et l'iodure, le nitrate (NO3−), et le sulfate (SO42−), bien que nous pourrions considérer le SO42− comme étant légèrement basique.

Au cours d'une réaction acido-basique qui produit un sel, nous pouvons examiner la force de l’acide ou de la base afin de déterminer quel type de sel est susceptible d'être produit. Un acide fort avec une base forte produiront un sel neutre. Un acide fort avec une base faible produiront un sel acide. Un acide faible avec une base forte produiront un sel basique. Enfin, un acide faible avec une base faible produiront généralement un sel neutre, bien que cela puisse varier.

En résumé, un sel est composé de cations et d’anions, et peut être produit par une réaction acido-basique. L’acide fournit l’anion et la base fournit le cation. Les sels sont fabriqués de différentes manières, en fonction de leur solubilité dans l’eau et de la solubilité de l’acide et de la base. Les sels peuvent être acides, neutres ou basiques. Les acides forts réagissent pour produire des anions neutres, et les acides faibles réagissent pour produire des anions basiques. Tandis que les bases fortes produisent des cations neutres, et que les bases faibles produisent des cations acides.

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