Une solution est un mélange homogène, généralement liquide, obtenu par la dissolution d'une ou plusieurs substances (les solutés) dans un liquide (le solvant). Comprendre les concentrations en solution est fondamental en chimie pour quantifier la composition de ces mélanges.
Solution
Mélange homogène d'un soluté dissous dans un solvant.
Soluté
Substance, solide, liquide ou gazeuse, qui est dissoute dans un solvant pour former une solution. C'est l'espèce minoritaire.
Solvant
Substance, généralement liquide, capable de dissoudre un soluté. C'est l'espèce majoritaire. L'eau est le solvant le plus courant (solution aqueuse).
Concentration massique (Cm)
Quantité de masse de soluté dissous par unité de volume de solution, exprimée en grammes par litre (g.L⁻¹).
Concentration molaire (C)
Quantité de matière (nombre de moles) de soluté dissous par unité de volume de solution, exprimée en moles par litre (mol.L⁻¹). On l'appelle aussi concentration en quantité de matière.
I. Les Fondamentaux des Solutions
Une solution est constituée d'un soluté (substance dissoute) et d'un solvant (substance qui dissout). Le plus souvent, le solvant est l'eau, formant une solution aqueuse. Pour quantifier la quantité de matière d'un soluté, on utilise la notion de mole. Une mole représente un paquet de 6,022 × 10²³ entités (atomes, molécules, ions), un nombre appelé constante d'Avogadro (NA).
La masse molaire (M) d'une espèce chimique est la masse d'une mole de cette espèce, exprimée en grammes par mole (g.mol⁻¹). Elle est déterminée à partir des masses molaires atomiques des éléments qui composent l'espèce (disponibles dans le tableau périodique). Pour une molécule, la masse molaire est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui la constituent. Par exemple, M(C₂H₆O) = 2 × M(C) + 6 × M(H) + M(O).
II. Quantité de Matière et Masse Molaire
La quantité de matière (n) d'un échantillon représente le nombre de moles qu'il contient. Elle est directement liée à la masse (m) de l'échantillon et à sa masse molaire (M) par la relation suivante :
Relation entre quantité de matière, masse et masse molaire
où n est en moles (mol), m en grammes (g) et M en grammes par mole (g.mol⁻¹). Cette formule est essentielle pour convertir une masse mesurée en laboratoire en une quantité de matière utilisable pour les calculs de concentration.
III. Les Concentrations en Solution
A. Concentration Massique (Cm)
La concentration massique (Cm), parfois appelée titre massique, indique la masse de soluté présente dans un litre de solution. Elle se calcule en divisant la masse de soluté (msoluté) par le volume total de la solution (Vsolution) :
Cm = msoluté / Vsolution
où Cm est en g.L⁻¹, msoluté en grammes (g) et Vsolution en litres (L).
B. Concentration Molaire (C)
La concentration molaire (C), ou concentration en quantité de matière, indique le nombre de moles de soluté présentes dans un litre de solution. C'est la concentration la plus utilisée en chimie. Elle se calcule en divisant la quantité de matière de soluté (nsoluté) par le volume total de la solution (Vsolution) :
Définition de la concentration molaire
où C est en mol.L⁻¹, nsoluté en moles (mol) et Vsolution en litres (L).
C. Relation entre Concentration Molaire (C) et Massique (Cm)
Les concentrations massique et molaire sont liées par la masse molaire (M) du soluté. Puisque nsoluté = msoluté / M, en remplaçant nsoluté dans la formule de la concentration molaire, on obtient la relation :
Relation entre concentration molaire et massique
Cette formule permet de passer facilement d'une concentration à l'autre, à condition de connaître la masse molaire du soluté. C est en mol.L⁻¹, Cm en g.L⁻¹ et M en g.mol⁻¹.
A retenir :
Résumé des Notions Clés
- Une solution est un mélange homogène de soluté (substance dissoute) et de solvant (substance qui dissout).
- La mole est une unité de quantité de matière (6,022 × 10²³ entités).
- La masse molaire (M) est la masse d'une mole d'une substance (g.mol⁻¹).
- La quantité de matière (n) se calcule par n = m / M.
- La concentration massique (Cm) est la masse de soluté par litre de solution (g.L⁻¹): Cm = msoluté / Vsolution.
- La concentration molaire (C) est la quantité de matière de soluté par litre de solution (mol.L⁻¹): C = nsoluté / Vsolution.
- Les deux concentrations sont liées par la masse molaire du soluté: C = Cm / M.