Le chlorure de sodium, un sel parmi tant d'autres

• Les formules des ions sodium et chlorure
• La solubilité

Le chlorure de sodium, de formule chimique cristalline \mathrm{NaCl}, est le principal sel neutre dissous dans l'eau de mer. On peut l'extraire dans la nature de deux façons :

• dans des mines, par extraction d'évaporites sous forme de halite (appelée aussi « sel gemme »). Ce sel non purifié est utilisé pour le salage des routes ;
• dans les marais salants, par évaporation de l'eau de mer.

Les marais salants ou salines sont des installations permettant de récolter le sel marin. L'eau de mer contient en moyenne 35 g de sel par litre d'eau. Pour pouvoir le récupérer sous sa forme solide, il est nécessaire d'augmenter la concentration de cette solution par évaporation de l'eau afin d'atteindre une concentration voisine de 260 g·L^-1. Une fois cette concentration atteinte, on dirige l'eau vers des bassins finaux où sous l'effet du rayonnement solaire et du vent, l'eau s'évapore et la cristallisation s'amorce.

• Salinité de l'eau de mer : en moyenne de 35 g·L^-1 (30 g·L^-1 dans l'Atlantique Nord contre 40 g·L^-1 dans la mer Rouge).


• Solubilité maximale du chlorure de sodium \mathrm{NaCl} dans l'eau : 360 g·L^-1 à 25 °C.


• Masse volumique du chlorure de sodium cristallisé à 25 °C : \rho=2,17 g·cm^-3.

1. Doc. 1 Identifiez les facteurs naturels qui favorisent la formation des cristaux de sel dans les marais salants.

2. En vous référant à la liste de matériel, proposez un protocole expérimental permettant de fabriquer des cristaux de sel dans la salle de classe en reproduisant les conditions de fabrication dans les salines. Faites valider cette proposition par le professeur.

3. Mettez en œuvre le protocole en veillant à ce que les différents groupes au sein de la classe possèdent des solutions aqueuses de chlorure de sodium \mathrm{NaCl} de différentes concentrations.

4. Synthèse Proposez une phrase de conclusion concernant l'influence de la concentration en chlorure de sodium sur la nature des cristaux obtenus.

• Masse d'un ion sodium : m_{\mathrm{Na}^{+}}=3,82 \times 10^{-26} kg


• Masse d'un ion chlorure : m_{\mathrm{Cl}^{-}}=5,89 \times 10^{-26} kg


• Paramètre de maille : a=0,564 nm

Maille : unité de répétition d'un cristal par translation. En se répétant indéfiniment par translation dans les trois dimensions de l'espace, la maille définit le réseau cristallin. On parle de maille cubique lorsque celle-ci a la forme d'un cube.

Paramètre de maille : longueur d'une arête.

1. À l'aide du logiciel

MinUSc

en choisissant la représentation de la halite, identifiez les sphères représentant les ions sodium \mathrm{Na}^{+}et celles représentant les ions chlorure \mathrm{Cl}^{-}.

2. Doc. 2 Montrez que le nombre d'ions chlorure \mathrm{Cl}^{-} dans la maille est égale à 4. Détaillez le raisonnement permettant de retrouver cette valeur.

3. Le chlorure de sodium est un cristal ionique électriquement neutre. Déduisez-en le nombre d'ions sodium \mathrm{Na}^{+}dans la maille de chlorure de sodium.

4. Rappelez la définition de la masse volumique \rho d'un échantillon. Cette définition est liée à des grandeurs physiques macroscopiques.

5. Proposez une stratégie pour calculer la masse volumique \rho du chlorure de sodium à partir des données microscopiques de la maille. Réalisez le calcul et comparez la masse volumique à celle donnée dans l'activité.