Le NH3 ou le PH3 est-il plus soluble dans l’eau ?

L'ammoniac, champion de la solubilité face à la phosphine : un cas d'école de liaison hydrogène

L'eau, solvant universel par excellence, interagit différemment avec les molécules qui la rencontrent. Prenons le cas de l'ammoniac (NH₃) et de la phosphine (PH₃), deux hydrures appartenant au même groupe du tableau périodique, mais présentant des solubilités radicalement différentes dans l'eau. Décortiquons ce phénomène qui met en lumière l'importance des liaisons hydrogène.

L'ammoniac affiche une solubilité exceptionnelle dans l'eau. On peut dissoudre jusqu'à 529 g de NH₃ dans un litre d'eau à 20°C. Ce chiffre impressionnant s'explique par la formation de liaisons hydrogène entre les molécules d'ammoniac et d'eau. L'atome d'azote de NH₃, porteur d'un doublet non liant et fortement électronégatif, attire les atomes d'hydrogène des molécules d'eau, créant ainsi un réseau complexe de liaisons hydrogène. Cette interaction stabilise le mélange et favorise la dissolution de l'ammoniac. De plus, l'ammoniac peut réagir avec l'eau pour former des ions ammonium (NH₄⁺) et hydroxyde (OH⁻), augmentant encore sa solubilité.

La phosphine, en revanche, est beaucoup moins soluble dans l'eau. À 20°C, seulement 26 mg de PH₃ se dissolvent dans un litre d'eau. La différence clé réside dans l'incapacité de la phosphine à former des liaisons hydrogène significatives avec l'eau. Bien que le phosphore possède également un doublet non liant, son électronégativité est plus faible que celle de l'azote. L'attraction entre le phosphore de PH₃ et les hydrogènes de l'eau est donc trop faible pour établir des liaisons hydrogène efficaces. L'absence de cette interaction forte limite considérablement la miscibilité de la phosphine avec l'eau.

En résumé, la solubilité nettement supérieure de l'ammoniac par rapport à la phosphine dans l'eau illustre parfaitement le rôle crucial des liaisons hydrogène. L'électronégativité de l'azote et sa capacité à former ces liaisons avec l'eau expliquent la grande affinité de NH₃ pour ce solvant. À l'inverse, la faible électronégativité du phosphore et l'absence de liaisons hydrogène significatives condamnent la phosphine à une faible solubilité dans l'eau. Ce cas précis démontre comment des différences subtiles au niveau atomique peuvent engendrer des conséquences macroscopiques observables.