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Chimie
Cours : Chimie > Chapitre 8
Leçon 2: Mélanges et solutionsConcentration molaire ou molarité
Définitions de solution, soluté et solvant. Comment la molarité est-elle utilisée pour quantifier la concentration de soluté et comment se calcule-t-elle ?
Points clés
- Les mélanges ayant une composition uniforme sont appelés mélanges homogènes ou solutions.
- Les mélanges dont la composition n'est pas uniforme sont des mélanges hétérogènes.
- La substance chimique présente en plus grande quantité dans le mélange est nommée solvant et les autres constituants du mélange sont les solutés.
- La molarité ou la concentration molaire est le nombre de moles de soluté présent dans 1 litre de solution. On peut la calculer grâce à l'équation suivante :
- On utilise la concentration molaire pour passer du nombre de moles de soluté au volume de la solution.
Introduction : Mélanges et solutions
Dans la vie quotidienne, on rencontre souvent des substances qui sont des mélanges de différents éléments et composés chimiques. Un exemple de mélange est le corps humain. Saviez-vous qu'environ de la masse du corps humain est constituée d'eau ? Essentiellement, notre corps est un mélange de molécules, de gaz et d'ions inorganiques dissous dans l'eau. Je ne sais pas ce que vous en pensez, mais moi, je trouve cela stupéfiant !
Si, dans un échantillon, les substances sont mélangées de façon à ce que la composition soit uniforme, on parle alors de mélange homogène. A contrario, un échantillon constitué d'un mélange dont la composition n'est pas uniforme est un mélange hétérogène.
Les mélanges homogènes sont aussi connus sous le nom de solutions, et les solutions peuvent contenir des composants solides, liquides et/ou gazeux. On veut souvent pouvoir quantifier la quantité d'une espèce qu'il y a dans une solution : c'est ce qu'on appelle la concentration de l'espèce.
Dans cet article, on va s'intéresser à la façon dont on peut décrire quantitativement les solutions et discuter de la manière dont on peut utiliser cette information quand on fait des calculs stœchiométriques.
Concentration molaire
Le constituant d'une solution qui est présent en quantité plus importante que les autres est appelé solvant. Toute espèce chimique mélangée au solvant est un soluté, soluté pouvant être un gaz, un liquide ou un solide. Par exemple, l'atmosphère terrestre est un mélange de plusieurs gaz : de diazote, de dioxygène et d'argon, de dioxyde de carbone et d'autres gaz. Ainsi, on peut voir l'atmosphère comme une solution dont le diazote serait le solvant et dont les solutés seraient l'oxygène, l'argon, le dioxyde de carbone, etc.
La molarité, aussi appelée concentration molaire d'un soluté, est définie par le nombre de moles de soluté présentes dans 1 litre de solution (et non dans un litre de soluté !) :
La molarité s'exprime en , ce qui s'abrège par (prononcé "molaires"). La concentration molaire en soluté est parfois notée par des crochets que l'on place autour de la formule brute du soluté. Par exemple, la concentration molaire en ions chlorure dans une solution peut s'écrire . La concentration molaire nous permet de faire le lien entre volume d'une solution et nombre de moles (ou masse) d'un soluté.
Exercice d'application : le bronze est un alliage qu'on peut visualiser comme une solution solide constituée d'environ de cuivre et d'à peu près d'étain. Quel est le soluté et quel est le solvant de cette solution ?
Exemple 1 : Calcul de la concentration molaire d'un soluté
Considérons une solution qu'on réalise en dissolvant d'acide sulfurique dans de l'eau. Le volume total de la solution obtenue est de . Que vaut la concentration molaire en acide sulfurique, que l'on note ?
Pour déterminer , on doit calculer le nombre de moles d'acide sulfurique présentes dans la solution. On peut passer de la masse de soluté au nombre de moles en utilisant la masse molaire de l'acide sulfurique qui est de , ce qui donne :
On peut maintenant lier le nombre de moles d'acide sulfurique au volume total de solution afin de calculer la concentration molaire en acide sulfurique qui est :
Exercice d'application : quelle est la concentration molaire en ions dans une solution de ayant une concentration molaire de ?
Exemple 2 : Faire une solution de concentration spécifique
Parfois, on souhaite préparer une solution de volume et de concentration molaire donnés, et on veut connaître la quantité de soluté qu'on devra utiliser pour ce faire. Dans cette situation, on doit réarranger la relation permettant de calculer la concentration molaire afin de calculer le nombre de moles de soluté, et finalement la masse de soluté à utiliser.
Par exemple, disons qu'on veut préparer d'une solution aqueuse de , avec . Quelle masse de chlorure de sodium devra-t-on utiliser ?
On peut réarranger la relation permettant de calculer la concentration molaire de façon à calculer le nombre de moles de , ce qui donne ici :
Ensuite, on utilise la masse molaire du chlorure de sodium qui est de pour passer de la quantité de matière (en mol) à la masse (en g) de :
En pratique, on peut utiliser cette information pour faire notre solution comme suit :
Étape Peser de chlorure de sodium.
Étape Transférer le chlorure de sodium dans une fiole propre et sèche.
Étape Ajouter de l'eau dans la fiole contenant le jusqu'à ce que le volume de la solution soit de .
Étape Boucher la fiole et mélanger de manière à ce que le chlorure de sodium soit complètement dissous.
La précision de la concentration molaire dépend aussi bien du choix de la verrerie que de la précision de la balance utilisée pour peser le soluté. La verrerie détermine la précision sur le volume de la solution. Si on ne tient pas à être pointilleux, on peut mélanger la solution dans un erlenmeyer ou un bécher. Mais si on veut être très précis, comme quand on prépare une solution standard pour une expérience de chimie analytique, il faudra probablement mélanger le soluté et le solvant dans une fiole jaugée (voir la photo ci-dessous).
À retenir
- Les mélanges ayant une composition uniforme sont des mélanges homogènes qu'on appelle aussi solutions.
- Les mélanges dont la composition n'est pas uniforme sont des mélanges hétérogènes.
- La substance chimique présente en plus grande quantité dans le mélange est le solvant et les autres composants sont des solutés.
- La molarité (ou concentration molaire) est le nombre de moles de soluté présentes dans 1 L de solution, ce que l'on peut calculer avec la formule suivante :
- On utilise la concentration molaire pour passer du nombre de moles de soluté au volume de la solution.
Exercice : La stoechiométrie d'une réaction de précipitation
La molarité est un concept utile pour les calculs stœchiométriques mettant en jeu des réactions en solution comme la précipitation et la neutralisation. Par exemple, considérons la réaction de précipitation se produisant entre le nitrate de plomb et l'iodure de potassium . Quand ces deux solutions se mélangent, un précipité jaune clair d'iodure de plomb se forme. L'équation équilibrée de cette réaction est :
Si on dispose de d'une solution de nitrate de plomb à , quel volume d'iodure de potassium à doit-on ajouter de manière à faire réagir tout le nitrate de plomb ?
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