Physique-chimie Troisième
Une solution ionique est de l'eau qui contient des ions (voir atomes, molécules et ions). Elle est électriquement neutre : elle contient toujours des ions positifs et des ions négatifs. Par exemple, une solution de sulfate de cuivre II contient des ions cuivre \(\mathrm{Cu^{2+}}\) et des ions sulfate \(\mathrm{SO_4^{2-}}\).
Certains ions donnent une couleur à la solution (bleu pour \(\mathrm{Cu^{2+}}\), vert pâle pour \(\mathrm{Fe^{2+}}\), orangé pour \(\mathrm{Fe^{3+}}\)), mais la plupart sont incolores : l'eau salée et l'eau déminéralisée se ressemblent parfaitement ! Pour savoir quels ions contient une solution, on réalise des tests caractéristiques.
On remplit à moitié quatre tubes avec : de l'eau déminéralisée (1), de l'eau minérale (2), une solution de sulfate de cuivre II (3) et une solution d'acide chlorhydrique (4). On ajoute ensuite avec une pipette quelques gouttes de nitrate d'argent dans chaque tube.
On ajoute enfin quelques grains de sel dans le tube 1. Quand le sel se dissout, il libère des ions sodium \(\mathrm{Na^{+}}\) et des ions chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\) dans l'eau.
Observe les tubes et l'étiquette de l'eau minérale. 📄 ✏️
Tubes 1 et 3 : rien ne se passe. Tube 2 : un léger trouble blanc. Tube 4 : un précipité blanc. Tube 1 après l'ajout de sel : un précipité blanc apparaît.
L'acide chlorhydrique (\(\mathrm{H^{+}}\) et \(\mathrm{Cl^{-}}\)) et l'eau salée (\(\mathrm{Na^{+}}\) et \(\mathrm{Cl^{-}}\)) ont en commun l'ion chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\). L'étiquette indique que l'eau minérale en contient aussi, mais peu (37 mg par litre) : d'où un simple trouble. L'eau déminéralisée et la solution de sulfate de cuivre n'en contiennent pas.
Le précipité apparaît aussi bien avec \(\mathrm{H^{+}}\) (tube 4) qu'avec \(\mathrm{Na^{+}}\) (tube 1 salé) : le seul ion commun est \(\mathrm{Cl^{-}}\). Le nitrate d'argent est donc le réactif qui met en évidence les ions chlorure.
Le nitrate d'argent contient des ions argent \(\mathrm{Ag^{+}}\). Le précipité de chlorure d'argent se forme quand les ions argent rencontrent les ions chlorure :
Le solide formé est électriquement neutre : une charge + et une charge −.
L'hydroxyde de sodium, appelé couramment soude, est une solution qui contient des ions sodium \(\mathrm{Na^{+}}\) et des ions hydroxyde \(\mathrm{HO^{-}}\). On en verse quelques gouttes dans trois tubes remplis à moitié d'une solution de sulfate de cuivre II, de sulfate de fer III et de chlorure de fer II.
Observe les trois tubes. 📄 ✏️
Tube 1 (sulfate de cuivre II) : précipité bleu. Tube 2 (sulfate de fer III) : précipité orange-rouille. Tube 3 (chlorure de fer II) : précipité vert.
Non : avec les mêmes ions sulfate, on obtient deux précipités de couleurs différentes. La couleur est due à l'ion métallique : \(\mathrm{Cu^{2+}}\) dans le tube 1, \(\mathrm{Fe^{3+}}\) dans le tube 2. De même, dans le tube 3, c'est \(\mathrm{Fe^{2+}}\) qui donne le précipité vert.
On en verse un peu dans un autre tube et on ajoute du nitrate d'argent : il se forme un précipité blanc.
Ce sont les ions hydroxyde \(\mathrm{HO^{-}}\) qui réagissent. Avec les ions cuivre, il se forme un précipité d'hydroxyde de cuivre II :
À toi de réfléchir. 📄 ✏️
Le précipité est électriquement neutre : les 2 charges + de l'ion cuivre sont compensées par les 2 charges − de deux ions hydroxyde.
Il en faut 3 pour compenser les 3 charges + : \(\mathrm{Fe^{3+} + 3\,HO^{-} \longrightarrow Fe(OH)_3}\).
| Réactif ajouté | Ion testé | Observation |
|---|---|---|
| nitrate d'argent | ion chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\) | précipité blanc qui noircit à la lumière |
| hydroxyde de sodium (soude, ions \(\mathrm{HO^{-}}\)) | ion cuivre II \(\mathrm{Cu^{2+}}\) | précipité bleu |
| ion fer II \(\mathrm{Fe^{2+}}\) | précipité vert | |
| ion fer III \(\mathrm{Fe^{3+}}\) | précipité orange-rouille |
L'essentiel à retenir du chapitre.
| Réactif | Observation | Ion mis en évidence |
|---|---|---|
| nitrate d'argent | précipité blanc | |
| soude | précipité vert | |
| soude | précipité orange-rouille | |
| soude | précipité bleu | |
| nitrate d'argent | rien ne se passe |
Le flacon d'une solution bleue a perdu son étiquette. On sait qu'il contient soit du sulfate de cuivre II, soit du chlorure de cuivre II. On réalise deux tests :
Les ions cuivre II \(\mathrm{Cu^{2+}}\). Mais les deux solutions possibles en contiennent : ce test ne suffit pas à conclure.
Les ions chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\).
Le flacon contient du chlorure de cuivre II (ions \(\mathrm{Cu^{2+}}\) et \(\mathrm{Cl^{-}}\)). Le sulfate de cuivre II n'aurait donné aucun précipité avec le nitrate d'argent.
L'eau d'un puits a un goût métallique et laisse des traces orangées dans l'évier. Pour savoir si elle contient des ions fer, Tom en verse dans un tube, puis ajoute quelques gouttes de soude : un précipité vert se forme. Il laisse le tube à l'air libre ; une heure plus tard, le précipité est devenu orange-rouille en surface.
Le précipité est vert juste après l'ajout de soude : l'eau contient des ions fer II \(\mathrm{Fe^{2+}}\).
Un précipité orange-rouille est caractéristique des ions fer III \(\mathrm{Fe^{3+}}\) : au contact du dioxygène de l'air, le fer II se transforme peu à peu en fer III. C'est aussi ce qui donne les traces orangées dans l'évier.
Sinon, on conclurait à tort à la présence d'ions fer III. Le test doit être lu juste après l'ajout du réactif.
On dispose de deux eaux : l'eau minérale dont l'étiquette est donnée dans le cours (37 mg d'ions chlorure par litre) et une eau de source dont l'étiquette indique « chlorures : 0 mg/L ». On veut vérifier ces étiquettes au laboratoire.
Le nitrate d'argent, avec blouse, lunettes et gants.
Eau minérale : un léger trouble blanc (peu d'ions chlorure). Eau de source : rien, pas de précipité.
C'est un témoin : sans ions, il ne doit rien se passer. On compare les autres tubes à ce tube témoin pour repérer un léger trouble.