Propriétés des solvants

Caractéristiques de solvants courants

Proticité des solvants Solvants dissociants et non dissociants Solvants polaires et apolaires Choix du solvant

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Le solvant est le liquide dans lequel se déroule une réaction chimique. Il est souvent indispensable, servant de support à la réaction chimique. Les réactions sans solvant, en plein développement restent encore assez peu courantes.

Chaque solvant a des caractéristiques différentes. Ces caractéristiques sont les conséquences de la structure des molécules qui le compose.

Le classement arbitraire des solvants repose sur trois critères :

• le caractère polaire (qui repose sur la valeur du moment dipolaire),
• le caractère dissociant (qui dépend de la constante diélectrique du solvant),
• l'aptitude à créer des liaisons hydrogènes (caractère protonique, mesuré par le pKa du solvant).

Dans un premier temps (où les phénomènes sont simplifiés), on pourra caractériser un solvant selon ses trois caractéristiques :

• la constante d'acidité (pKa)
• la constante diélectrique (e)
• le moment dipolaire (µ)

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Proticité des solvants

On distingue les solvants protoniques des solvants aprotoniques. Parmi les solvants protoniques, on distingue les solvants protogènes des solvants protophiles.

Une molécule présente un caractère protogène lorsqu'elle est susceptible d'engager un de ses hydrogène dans une liaison hydrogène. L'hydrogène peut-être impliqué dans une liaison hydrogène lorsque celui-ci est lié à un atome plus électronégatif que lui. On parle aussi de molécules de type "H donneur". Le caractère protogénique n'est ni plus ni moins qu'un concept étendu de l'acidité.

Une molécule est protophile quand elle peut accepter un hydrogène par liaison hydrogène. Les sites accepteurs sont des atomes électronégatifs, comme N ou O. Ce concept est à rattacher à la basicité. On parle aussi pour ces espèces de molécules "H accepteur".

Une molécule est aprotonique quand elle n'est ni protophile, ni protogène.

On pourra donc reconnaître à la structure d'une molécule si elle présente un caractère aprotonique ou protonique, et lequel.

Attention ! La frontière entre les différentes classes de solvant que nous allons faire ci-dessous n'a rien d'absolu.

Solvants protogènes et protophiles. Ils possèdent un hydrogène labile et au moins un atome électronégatif. C'est le cas de l'eau, des alcools, des amines, des acides carboxyliques etc. Etant à la fois protophiles et protogènes, on les qualifie aussi d'amphiprotoniques. Ces solvants permettent la dissolution de composés polaires.

Solvants protophiles mais non protogènes. Ils possèdent un hétéroatome mais pas d'hydrogène labile. C'est le cas des cétones, des éthers etc. On peut dans certaines limites travailler en milieu basique dans de tels milieux sans affecter le solvant.

Solvants ni protophiles, ni protogènes. Ce sont les solvants aprotoniques. C'est le cas du benzène, du chloroforme, du tétrachlorure de carbone...

Caractéristiques de solvants courants

Solvant	Structures, site donneur (D) et site accepteur (A)	Protogène (H donneur)	Protophile (H accepteur)
Acétate d'éthyle	CH3-CO(A)-O-CH2-CH3	Non	Oui
Acétone	CH3-CO(A)-CH3	Non	Oui
Acétonitrile	CH3 - CºN	Non	Non
Alcool	R-O(A)-H(D)	Oui	Oui
Chlorforme	CHCl3	Non	Non
Chlorure de méthylène	CH2Cl2	Non	Non
Eau	(D)H-O(A)-H(D)	Oui	Oui
Ether	CH3-CH2-O(A)-CH2-CH3	Non	Oui

La propriété des solvants protoniques est de présenter le phénomène d’autoprotolyse (auto-ionisation) résulte d’un échange de proton.

Autoprotolyse de l'eau :

2 H₂O = OH^- + H₃O⁺

Autoprotolyse de l'ammoniac :

2 NH₃ = NH₂^- + NH₄⁺

Autoprotolyse de l'acide acétique :

2 CH₃COOH = CH₃COO^- + CH₃COOH₂⁺

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Solvants dissociants et non dissociants

Caractéristiques de solvants courants

Schéma d'ionisation en solution : une espèce polaire en solution dans un solvant forme une paire d'ion qui ensuite est dissociée en deux ions :

NaCl (s) -> (Na⁺, Cl^-)_{paire d'ions} -> Na⁺ (aq) + Cl^- (aq)                 

Un solvant sera d'autant plus dissociant qu'il séparera nettement les deux ions de la pair d’ions.

On rappelle la loi de Coulomb appliquée à deux charges ponctuelles q₊ et q_- distantes de r_+- :

La constante diélectrique permet d'avoir accès au critère de dissociabilité du solvant. En effet, selon la loi de Coulomb (qu'elle soit appliquée aux interactions entre ions, dipôles ou dipôles induits), plus est grand, plus la force électrostatique entre les ions est faible, plus ils sont dissociés facilement. Les valeurs de e sont données dans le tableau qui suit.

Un solvant est d'autant plus dissociant que son er est élevé. Solvant dissociant : er > 40. Solvant non ou peu dissociant : er < 20.