Objectifs

• Décrire l'aspect du chlorure de sodium et sa structure cristalline.
• Connaître ses températures de changement d'état et sa masse volumique.
• Expliquer sa solubilité dans l'eau et la notion de solution saturée.
• Relier sa conductivité électrique à la présence d'ions mobiles.

1. Aspect et structure cristalline

Le chlorure de sodium pur est un solide blanc, inodore, au goût salé. Ses grains sont des cristaux : des solides dont les particules sont rangées de façon très régulière.

Ces particules ne sont pas des molécules mais des ions : des ions sodium \(\ce{Na+}\) et des ions chlorure \(\ce{Cl-}\), en nombre égal. La formule \(\ce{NaCl}\) indique simplement cette proportion : un ion \(\ce{Na+}\) pour un ion \(\ce{Cl-}\). Le cristal est électriquement neutre.

Dans le schéma, les ions sodium (petits, bleus) et les ions chlorure (gros, verts) alternent. Place les noms sur les bonnes parties.

2. Fusion, ébullition et masse volumique

Les ions du cristal s'attirent très fortement. Il faut donc beaucoup d'énergie pour les séparer : les températures de changement d'état sont très élevées.

• Température de fusion : environ \(801\ ^\circ\mathrm{C}\).
• Température d'ébullition : environ \(1\,465\ ^\circ\mathrm{C}\).
• Masse volumique : environ \(\rho = 2{,}17\ \mathrm{g/cm^3}\) (plus de deux fois celle de l'eau).

Source des valeurs : CRC Handbook of Chemistry and Physics, fiche du chlorure de sodium.

À température ambiante (environ \(25\ ^\circ\mathrm{C}\)), le chlorure de sodium est donc toujours solide. C'est aussi un solide dur mais cassant : un choc fend un gros cristal en morceaux qui restent cubiques.

Manipule : masse d'un cristal en fonction de son volume

La droite montre \(m = \rho \times V\) (axe horizontal : volume en \(\mathrm{cm^3}\) ; axe vertical : masse en grammes). Règle le curseur sur 2,17 pour le sel, puis sur 1 pour l'eau : pour un même volume, le sel est plus de deux fois plus lourd.

Exemple résolu 1 : la masse d'un bloc de sel

Un bloc de sel gemme taillé a un volume de \(250\ \mathrm{cm^3}\). Quelle est sa masse ? Cherche d'abord.

3. Solubilité dans l'eau

Le chlorure de sodium est très soluble dans l'eau. L'eau est le solvant, le sel est le soluté, et le mélange obtenu est une solution (l'eau salée). Il est en revanche presque insoluble dans l'huile.

Une solubilité limitée : la solution saturée

On ne peut pas dissoudre une quantité illimitée de sel. À \(25\ ^\circ\mathrm{C}\), on peut dissoudre au maximum environ \(36\ \mathrm{g}\) de chlorure de sodium dans \(100\ \mathrm{g}\) d'eau (source : CRC Handbook of Chemistry and Physics). Au-delà, le sel en trop reste au fond : la solution est saturée.

Particularité du sel : sa solubilité varie très peu avec la température (à peine plus dans l'eau bouillante que dans l'eau froide), contrairement au sucre.

Exemple résolu 2 : le verre trop salé

Kofi verse \(50\ \mathrm{g}\) de sel dans \(100\ \mathrm{g}\) d'eau à \(25\ ^\circ\mathrm{C}\) et remue longtemps. Que se passe-t-il ?

Exemple résolu 3 : concentration en masse

Pour un bain de bouche, on dissout \(10\ \mathrm{g}\) de sel dans de l'eau et on complète à \(250\ \mathrm{mL}\). Calcule la concentration en masse \(C_m = \dfrac{m}{V}\).

4. Conductivité électrique

Un courant électrique a besoin de porteurs de charge mobiles. Dans un cristal de sel, les ions sont bloqués à leur place : le sel solide ne conduit pas le courant. Dans l'eau salée (ou dans le sel fondu), les ions \(\ce{Na+}\) et \(\ce{Cl-}\) sont libres de se déplacer : la solution conduit le courant.

Bilan des propriétés en un schéma

mindmap
  root((Chlorure de sodium))
    Aspect
      Solide blanc
      Cristaux cubiques
    Temperatures
      Fusion vers 801 C
      Ebullition vers 1465 C
    Eau
      Tres soluble
      Saturation vers 36 g pour 100 g
    Courant
      Solide isolant
      Solution conductrice

Erreurs fréquentes

• Confondre fondre (passage solide → liquide par la chaleur) et se dissoudre (se disperser dans un solvant). Le sel ne « fond » pas dans l'eau : il s'y dissout.
• Croire que le sel disparaît quand il se dissout : il est toujours là, sous forme d'ions.
• Penser que l'on peut dissoudre autant de sel qu'on veut : la solubilité est limitée.
• Dire que le sel solide conduit le courant parce qu'il contient des ions : il faut des ions mobiles.

Récapitulatif

• \(\ce{NaCl}\) : solide ionique blanc, cristaux cubiques d'ions \(\ce{Na+}\) et \(\ce{Cl-}\) en nombre égal.
• Fusion vers \(801\ ^\circ\mathrm{C}\), ébullition vers \(1\,465\ ^\circ\mathrm{C}\), \(\rho \approx 2{,}17\ \mathrm{g/cm^3}\).
• Très soluble dans l'eau, avec une limite (environ \(36\ \mathrm{g}\) pour \(100\ \mathrm{g}\) d'eau à \(25\ ^\circ\mathrm{C}\)) ; presque insoluble dans l'huile.
• Isolant à l'état solide, conducteur en solution ou fondu grâce aux ions mobiles.