En chimie, le facteur de van 't Hoff d'une espèce chimique est le rapport entre la quantité réelle de cette espèce en solution et sa quantité apparente. Ce facteur a été introduit par Jacobus Henricus van 't Hoff, qui reçut le premier prix Nobel de chimie en 1901.
Lorsqu'une espèce chimique est introduite en solution, elle peut se dissocier (par exemple former des ions) ou s'associer avec d'autres molécules (former des dimères, des trimères, des hydrates). La quantité d'espèces chimiques réellement présentes dans la solution n'est donc pas toujours égale à la quantité apparemment introduite en solution, correspondant à la quantité prévue sans tenir compte des phénomènes de dissociation ou d'association des espèces.
Définition
On suppose que l'on introduit moles (quantité de matière apparente) de soluté dans un solvant (par exemple du trichlorure de fer dans de l'eau). Le soluté est totalement dissout, il n'y a pas de présence d'une phase autre que la phase de la solution (le est entièrement dissout, il ne subsiste pas sous forme de précipité). Le soluté se dissocie partiellement dans la solution, on distingue la quantité de soluté dissocié ( produisant des ions) et la quantité de soluté non dissocié ( restant sous cette forme dans l'eau). On a par conséquent la relation :
On suppose qu'en se dissociant une particule de soluté produit particules (une particule produit quatre particules en se dissociant : un ion et trois ions , soit pour ). La quantité de particules réelles produites par le constituant, comprenant les particules non dissociées et les particules résultant de la dissociation, vaut :
Le facteur de van 't Hoff correspond au ratio de la quantité de particules réelles issues du soluté à la quantité de soluté apparente :
On note la fraction de soluté dissocié :
D'où l'expression du facteur de van 't Hoff :
Facteur de van 't Hoff :
avec : la fraction de soluté qui se dissocie, ou coefficient de dissociation ; le nombre de particules produites par la dissociation d'une particule de soluté.
Le facteur de van 't Hoff est une grandeur sans dimension.
Le chlorure de fer(III) dans l'eau à une molalité de a un facteur : une mole de en solution produit de particules. On en déduit que : à cette concentration seulement 80 % du en solution sont dissociés en ions et , 20 % restent sous forme non dissocié. L'équation de dissolution du dans l'eau à cette concentration est donc :
Ce facteur peut s'appliquer aux molécules s'associant en solution. Dans le benzène l'acide acétique forme des dimères selon :
Dans ce cas, si la molécule résultante est l'association de molécules initiales, alors . Dans le cas de l'acide acétique , soit .
Si le soluté ne subit aucune modification lors de sa mise en solution, alors et : une mole de soluté produit une mole de particules en solution. Si le soluté se dissocie ou s'associe totalement dans la solution, alors et : une mole de soluté produit moles de particules en solutions. Les espèces chimiques se dissociant en solution ont donc un facteur de van 't Hoff supérieur à 1, les espèces s'associant un facteur inférieur à 1.
Utilisation
La molalité du soluté est définie par la quantité apparente de soluté rapportée à la masse de solvant :
Or le nombre de particules actives en solution est la quantité réelle , d'où la nécessité de corriger la molalité du soluté par le facteur de van 't Hoff pour obtenir la concentration réelle :
Cette concentration est appelée osmolalité et s'exprime en osmoles par kilogramme (osm/kg ou osmol/kg).
Pour une molalité de le a un facteur de van 't Hoff de , soit une osmolalité de .
Signification
De façon plus spécifique, il est utilisé pour désigner deux grandeurs :
le facteur dit théorique exprime le rapport attendu, c'est-à-dire le rapport dans le cas idéal où toutes les molécules se seraient dissociées ; le facteur dit expérimental exprime la déviation du comportement des ions par rapport à un cas idéal, c'est-à-dire qu'il exprime le facteur « véritable », déterminé de façon expérimentale.
Par exemple, le facteur de van 't Hoff théorique de la dissociation du chlorure de sodium () vaut : chaque molécule de se dissocie en deux ions, un sodique et un chlorure . Le facteur expérimental, quant à lui, vaut , ce qui revient à dire que pour une mole de il y a présence de de particules en solution (comprenant à la fois le non dissocié et les ions sodique et chlorure). Plus le facteur expérimental diffère du théorique et se rapproche de 1, moins la dissociation du composé est grande.
+ Valeurs théorique et expérimentale du facteur van 't Hoffpour certaines solutions de molalité . Sel Formule Facteurthéorique Facteurexpérimental Acide chlorhydrique HCl 2 1,9 Chlorure de fer(III) 4 3,4 Chlorure de magnésium 3 2,7 Chlorure de sodium NaCl 2 1,9 Chlorure de zinc 3 2,3 Nitrate de plomb(II) 3 2,3 Sulfate de magnésium 2 1,4 Sulfate de potassium 3 2,5
Bibliographie
. .
Articles connexes
Propriété colligative
Catégorie:Chimie générale