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Une partie de la réponse à cette pertinente question figure…dans la question!
En effet, dans les conditions normales de température et de pression qui règnent sur notre planète, les molécules qui existent sous forme gazeuses et les molécules qui existent sous forme solide ne se comportent (en langage chimique: ne réagissent) pas du tout de la même manière lorsqu’on les fait interagir avec de l’eau.
Commençons par les sels, qui sont des solides: les sels sont des assemblages d’ions qui portent une charge positive (p.ex. sodium Na+, potassium K+, calcium Ca2+) et d’ions qui portent une charge négative (p.ex. chlorure Cl–, nitrate NO3–, carbonate CO32–); l’assemblage n’est pas chargé (p.ex. NaCl, KNO3, Na2CO3, CaCO3, Ca(NO3)2), et dans certains cas le sel peut être cristallin (les ions qui le constituent adoptent une position spatiale bien définie qui se répète à large échelle ; p.ex. le NaCl, qui n’est rien d’autre que le sel de cuisine, possède une structure cubique).
Lorsqu’on introduit un sel solide dans de l’eau, il a une forte tendance à se DISSOUDRE et se DISSOCIER en ses ions individuels (p.ex. NaCl(solide) + H2O → Na+(aqueux) + Cl–(aqueux)).
Par suite de cette réaction de dissolution-dissociation, chacun des ions individuels sera entouré de molécules d’eau (en langage chimique : sera solvaté).
Les molécules d’eau, qui sont électriquement neutres, possèdent toutefois des charges réparties de manière non-uniforme: du côté de chaque atome d’hydrogène H se trouve un excès de charge positive, tandis que du côté de l’atome d’oxygène O se trouve un excès de charges négatives.
Les molécules d’eau qui entourent les ions positifs et les ions négatifs issus de la dissociation du sel adoptent une orientation bien particulière, de manière à équilibrer les charges des ions: les molécules d’eau orientent leur atome d’oxygène (plutôt négatif) en direction des ions chargés positifs, tandis qu’elles orientent leurs atomes d’hydrogène (plutôt positifs) en direction des ions chargés négativement (p.ex. H2O ···· Na+ et Cl– ···· H2O).
Pour résumer, les sels se dissolvent et se dissocient en ions individuels lorsqu’ils sont introduits dans l’eau.
En revanche, l’assertion que l’on peut dissoudre plus de sel dans de l’eau chaude que dans de l’eau froide n’est pas universellement correcte ! C’est vrai pour la plupart des sels, mais pas pour tous. Pour s’en convaincre, il suffit d’observer le comportement du carbonate de calcium CaCO3 à la sortie de tuyaux véhiculant de l’eau naturellement calcaire froide, respectivement chaude: l’embout du tuyau d’eau chaude présente un dépôt de calcaire, ce qui n’est pas (ou nettement moins) le cas pour le tuyau d’eau froide, car cette substance est MOINS soluble à chaud qu’à froid !
Pour la majorité des sels, l’augmentation de température de l’eau correspond à un apport d’énergie qui permet d’augmenter la capacité de l’eau à dissoudre-dissocier le composé en ses ions individuels. A titre d’exemple, on trouve sur le site dedes informations détaillées sur la solubilité du sel de cuisine dans l’eau en fonction de la température.
Les gaz, maintenant : Si l’on considère les gaz qui constituent la part prépondérante de notre atmosphère (diazote N2 : 78% ; dioxygène O2 : 21%), ces molécules ne présentent aucun déséquilibre de charges électriques (puisqu’ils sont constitués d’atomes identiques) et n’ont aucune raison de se dissocier en ions lorsqu’on les introduit dans de l’eau. En langage chimique, on dit que ces gaz peuvent se DISSOUDRE dans l’eau, mais qu’ils ne peuvent PAS se DISSOCIER en ions individuels chargés.
Dans ces conditions, les molécules gazeuses restent simplement dissoutes sous forme individuelles ou de petits amas dans l’eau (entourées de molécules d’eau), sans se dissocier.
Toutes les molécules gazeuses n’ont toutefois pas le même comportement: l’exemple le plus actuel est le dioxyde de carbone CO2 (gaz carbonique, gaz à effet de serre fortement impliqué dans le dérèglement climatique), qui ne va pas seulement se dissoudre dans l’eau (au même titre que le dioxygène et le diazote), mais il va aussi REAGIR avec des molécules d’eau, pour former de l’acide carbonique H2CO3 (ce qui acidifie l’eau).
Cependant, la solubilité des gaz diminue lorsqu’on chauffe l’eau, car l’agitation thermique qui résulte permet aux molécules de gaz de se rassembler pour former des amas de plus en plus grands qui finissent par former des bulles de gaz de plus en plus grandes, naturellement moins denses que l’eau. Ces bulles s’échappent dès lors de l’eau !
A titre d’exemple, le dioxygène O2 est très soluble dans l’eau très froide, env. 14.5 milligrammes par litre d’eau proche de 0°C ; cette solubilité diminue à env. 9 mg/L à 20 °C, et à env. 5 mg/L à 80 °C. C’est d’ailleurs grâce au fait que le dioxygène peut se dissoudre dans l’eau que tous les organismes aquatiques peuvent respirer !
Pour résumer, les gaz se dissolvent lorsqu’ils sont introduits dans l’eau, mais ils ne se dissocient pas en ions individuels.