Chimie · Sujet officiel n°7 · Session 2027
Prérequis : soluté, solvant, solution, conservation de la masse lors d'une dissolution (cycle 4) ; concentration en masse et en quantité de matière, dissolution d'un solide ionique (Seconde, Première spé) ; quotient de réaction \(Q_r\), constante d'équilibre \(K\), critère d'évolution (Terminale spé) ; équilibre chimique, activité, constante thermodynamique \(K^\circ\), conductivité d'une solution ionique et conductivités molaires ioniques limites \(\lambda_i^\circ\), constantes de formation de complexes (PCSI/PC). Matériel : tubes à essais, thermomètre (ou sonde de température), balance au centigramme, bain-marie ou chauffe-tube, éprouvette graduée, nitrate de potassium \(\ce{KNO3}\) et chlorure de sodium \(\ce{NaCl}\), agitateur ; pour les Parties II et III : conductimètre à cellule étalonnée avec compensation en température, sulfate de calcium (gypse) en excès, dispositif de filtration, burette classe A, solutions étalonnées de nitrate d'argent \(\ce{AgNO3}\), de chlorure de sodium \(\ce{NaCl}\) et de chromate de potassium \(\ce{K2CrO4}\), ammoniaque concentrée, acide nitrique, électrode d'argent + électrode de référence à double jonction, acquisition informatisée (Python ou Regressi).
Un morceau de sucre plongé dans un thé « disparaît ». Une pincée de sable, non. Un élève de cycle 4 en conclut volontiers que le sucre a été détruit — et qu'avec assez de patience et d'agitation, on pourrait en dissoudre autant qu'on veut. Les deux idées sont fausses, et ce sont précisément les deux verrous que cette leçon fait sauter : la matière dissoute est conservée, et la dissolution s'arrête à une limite, propre au couple soluté-solvant et à la température. Cette limite, c'est la solubilité.
L'enjeu n'est pas anecdotique. Le tartre qui obstrue une canalisation est du carbonate de calcium qui a cessé d'être soluble ; la prévention de la carie par les fluorures consiste à substituer partiellement, dans l'émail dentaire, des ions fluorure aux ions hydroxyde de l'hydroxyapatite, pour former une fluorapatite moins soluble en milieu acide ; l'efficacité d'un principe actif administré par voie orale est plafonnée par sa solubilité dans les fluides digestifs ; le dessalement, la métallurgie extractive et le traitement des effluents métalliques ne font que jouer, dans un sens ou dans l'autre, sur cette même grandeur.
La leçon traite la question « combien peut-on en dissoudre, et qu'est-ce qui fixe cette limite ? » à deux niveaux. Au lycée, la solubilité est une grandeur mesurée : on la détermine, on trace sa variation avec la température, on l'exploite pour purifier un solide. En CPGE, elle devient la conséquence d'un équilibre gouverné par une constante, le produit de solubilité \(K_s\), qui permet de prédire une précipitation et de déplacer volontairement la limite. Chaque partie s'appuie sur une expérience réellement exploitée.
Le point de départ est purement expérimental et accessible dès le collège : on ajoute du soluté à un volume de solvant donné, on agite, et à partir d'une certaine quantité, le solide cesse de disparaître. Le dépôt qui subsiste au fond du récipient n'est pas un défaut d'agitation : c'est le signe que la solution a atteint son état de saturation.
Trois précisions décident de la suite. D'abord, la solubilité est une grandeur physique, avec une valeur numérique et une unité : elle se mesure. Ensuite, elle dépend fortement de la température, ce qui est le levier expérimental de la partie I. Enfin, elle dépend du milieu : l'eau pure et une eau déjà chargée en ions ne dissolvent pas la même quantité du même solide, résultat contre-intuitif que la partie III quantifiera.
Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.
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