Solvant
Un solvant est un liquide qui a la propriété de dissoudre et de diluer d'autres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. L'eau est le solvant le plus courant. Le terme solvant organique se réfère aux solvants qui sont des composés organiques et contiennent des atomes de carbone. Habituellement, les solvants ont une température de fusion faible et s'évaporent facilement. Ils ne réagissent pas chimiquement avec le composé dissout : ils sont inertes. Les solvants peuvent aussi être utilisés pour extraire les composés solubles d'un mélange, l'exemple le plus commun étant l'infusion de thé dans de l'eau chaude. Les solvants sont souvent des liquides transparents avec une odeur caractéristique. La concentration d'une solution est la quantité de composé dissous dans un certain volume de solvant.
Pour les solutions liquides (phase uniforme liquide contenant plusieurs espèces chimiques), si l'une des espèces est très largement majoritaire (au moins un facteur 100) on l'appelle le solvant. C'est le cas de l'eau pour les solutions aqueuses (par exemple une solution aqueuse de sulfate de cuivre : l'eau est le solvant et les ions sulfate et cuivre(II) les solutés).
En règle générale, les atomes ou molécules de même nature s'assemblent pour former un liquide ou un solide (un cristal ou un solide amorphe). Dans le cas d'une solution, le solvant empêche les atomes ou molécules de s'assembler, il les disperse. Dans le cas de l'eau, cela se produit selon deux phénomènes :
- une diminution des interaction électriques (forces de Van der Waals) : l'eau a une permittivité électrique d'environ 80, ce qui signifie qu'elle divise les forces de Coulomb par quatre-vingt ;
- une solvatation (pour l'eau un hydratation) : si les molécules du solvant sont polaires, elles peuvent entourer les espèces dissoutes et former un « bouclier ».
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Types de solvants
On distingue 3 types de solvants:
- Les solvants apolaires: possédant un moment dipolaire permanent nul. Par exemple, le benzène, les hydrocarbures saturés (alcanes, alcènes), etc...
- Les solvants protiques: possèdant un ou plusieurs atomes d'hydrogène succeptibles de former des liaisons hydrogènes. Par exemple, l'eau, le méthanol, l'éthanol, etc...
- Les solvants polaires aprotiques: possèdant un moment dipolaire non nul et dénué d'atomes d'hydrogènes succeptibles de former des liaisons hydrogènes. Par exemple, l'acétonitrile (CH3CN), le diméthylesulfoxyde (DMSO, CH3CO), le tetrahydrofurane (THF, C4H4O), etc...
Dissolution acide
La dissolution peut se faire par réaction chimique entre des espèces du solvant (en général des ions) et le solide. Le cas le plus fréquent est celui de la dissolution par un acide : les protons H+ (ou dans l'eau, les ions oxonium ou hydronium H3O+) provoquent une oxydation du solide
- 2M + 2H+ → M+ + H2
(l'atome de solide M cède un électron à l'ion H+ qui peut alors former une molécule de dihydrogène), l'ion M+ étant alors soluble dans le solvant.
Dissolution dans un verre
À haute température (au-delà de 2 000 °C), le verre (silice ou oxyde de silicium SiO2) est liquide. On peut donc y dissoudre un certain nombre de produits qui sont, eux, solides à cette température.
On peut aussi dissoudre les solides dans d'autres types de verre, comme par exemple le métaborate de lithium ou le tétraborate de lithium, utilisés pour diluer les matériaux à analyser en spectrométrie de fluorescence X (technique de préparation dite de la « perle fondue »).
Bien qu'ayant lieu à haute température et avec un solvant différent, le principe est similaire à la dissolution dans l'eau (dispêrsionl solvatation, dissolution acide).
Les solvants ioniques
Alors que la plupart des solvants sont de natures moléculaires (formés d'une seule espèce neutre), il existe une nouvelle classe de solvants, appelés liquides ioniques, constitués d'anions et de cations. Les liquides ioniques sont des sels fondus possédant un point de fusion inférieur à 100°C et une tension de vapeur quasiment nulle (ils sont non-volatiles). Ils constituent une alternative de plus en plus sérieuse aux solvants moléculaires classiques et sont dors et déjà très utilisés en électrochimie. De nombreuses recherches actuelles s'interessent à leur utilisation pour la séparation des métaux radioactifs et pourraient aboutir à des solutions particuliairement écologiques pour le retraitement des déchets nucléaires.
Exemples de solvants
L'eau est le solvant le plus connu.
Les différents types de solvants :
- Les hydrocarbures aromatiques : benzène
- Les solvants pétroliers : alcanes, alcènes
- Les alcools : éthanol
- Les cétones : acetone
- Les esters
- Les éthers : éther
- Les éthers de glycol
- Les hydrocarbures halogénés (chlorés, bromés ou fluorés) : perchloroéthylène, tétrachlorure de carbone
Utilisation
Les solvants servent souvent de diluants, par exemple en peinture.
Certains solvants servent de dégraissants, comme par exemple le perchloroéthylène qui est utilisé pour le nettoyage à sec