En chimie, lorsqu’une substance connue sous le nom de soluté se dissout dans une autre, connue sous le nom de solvant, elle est appelée solution. La solvatation est un processus au cours duquel une réaction chimique se produit au cours de laquelle le soluté et le solvant se combinent pour former de faibles liaisons électroniques covalentes. Le processus de solvatation est étroitement lié à la dissolution et à la solubilité, avec la distinction technique qu’il crée un état stable dans la solution où les charges ioniques du soluté et du solvant s’annulent pour former une charge globale neutre.
Bien que le modèle de solvatation puisse également être appliqué à un matériau insoluble où des processus d’échange d’ions se produisent sur une surface solide, il est le plus souvent observé dans des solutions aqueuses. Il est considéré comme un processus important à comprendre en chimie, car la plupart des réactions chimiques se produisent à l’état de solution. En biologie, essentiellement toutes les réactions biochimiques dans le corps humain ont également lieu dans une solution à base d’eau, il est donc encore plus important de comprendre la solvatation.
Le processus courant de solvatation de l’eau, également connu sous le nom d’hydratation, a un impact direct sur la sécurité de l’approvisionnement en eau de la ville. L’eau purifiée pour la consommation et d’autres usages par les municipalités n’est pas de l’eau pure et, en fait, peut finir par contenir plus de solides dissous en raison de l’hydratation qu’elle ne l’était au départ. En effet, les molécules d’eau contiennent généralement suffisamment d’énergie ionique pour briser la structure des solides ioniques du réseau cristallin, comme le chlorure de sodium.
Le processus de solvatation ne se produit qu’avec les solvants polaires, dont l’eau. Un solvant polaire est un produit chimique où il y a soit une séparation permanente des charges positives et négatives, soit où le centre des charges n’est pas équilibré. On dit que les solvants polaires ont des constantes diélectriques élevées ou une forte capacité à concentrer le flux électrique. D’autres exemples de solvants polaires comprennent l’éthanol, le butanol et l’acide formique.
Lorsque le processus de solvatation se produit, les niveaux d’énergie de solvatation changent également. L’énergie est libérée lorsque le solvant se coordonne avec les ions libres, ce qui est connu comme l’énergie de ligature. Lorsque les ions se dispersent dans le solvant, l’énergie est liée à un processus connu sous le nom d’énergie de dispersion.
Certaines substances peuvent libérer de grandes quantités d’énergie sous forme de chaleur lorsque la solvatation se produit dans l’eau, mesurée en kilogrammes-joules/mol, et d’autres en libèrent très peu, selon leur structure moléculaire. L’enthalpie molaire, ou contenu calorifique, du chlorure d’aluminium, AlCl3, est de -373.63 kJ/mol tandis que celle de l’acide sulfurique, H2SO4, est le tiers de ce niveau à -95.28 kJ/mol, les classant comme libérant de grandes quantités d’énergie dans une solvatation de l’eau. Des exemples de molécules qui libèrent de faibles taux d’enthalpie molaire comprennent le nitrate de lithium, LiNO3, à -2.51 kJ/mol et le chlorure de potassium, KCl, à -17.22 kJ/mol.