Sciences · Chimie
Solutions et concentration
Une solution est un mélange homogène obtenu en dissolvant un soluté dans un solvant. Sa concentration indique la quantité de soluté par litre : en grammes par litre (massique) ou en moles par litre (molaire).
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Le sirop dilué dans l’eau, le sérum physiologique, l’eau de mer, le vinaigre ou le café sont des solutions. En chimie comme en médecine ou en cuisine, savoir dire « combien » de substance est dissoute est essentiel : c’est la notion de concentration. Elle se calcule avec deux formules simples, et une troisième suffit pour toutes les dilutions.
Le vocabulaire
- Dissolution : opération qui consiste à dissoudre un soluté dans un solvant.
- Soluble / insoluble : le sel et le sucre sont solubles dans l’eau, le sable ne l’est pas ; l’huile n’est pas miscible à l’eau (voir mélanges et corps purs).
- Solution saturée : solution qui ne peut plus dissoudre de soluté ; l’excès reste au fond.
- Solubilité : masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans un litre de solvant à une température donnée.
- Dilution : ajout de solvant pour diminuer la concentration.
L’eau est un excellent solvant des composés ioniques et des molécules polaires, d’où son surnom de « solvant universel » (voir l’eau).
La concentration massique (en g/L)
Cm = m / V
- Cm : concentration massique en grammes par litre (g/L) ;
- m : masse de soluté dissous en grammes (g) ;
- V : volume de la solution en litres (L).
Ne pas confondre la concentration massique avec la masse volumique ρ, qui est la masse d’un litre de solution entière (soluté + solvant).
La concentration molaire (en mol/L)
En chimie, on raisonne en quantité de matière (voir la mole) :
C = n / V
- C : concentration molaire (ou molarité) en moles par litre (mol/L), notée aussi M ;
- n : quantité de soluté en moles (mol) ;
- V : volume de solution en litres.
Passer de l’une à l’autre
Comme n = m / M (M étant la masse molaire), on a :
Cm = C × M
La dilution
Diluer, c’est ajouter du solvant : la quantité de soluté ne change pas, le volume augmente, la concentration diminue. D’où la relation de dilution :
C₁ × V₁ = C₂ × V₂
- C₁, V₁ : concentration et volume de la solution mère prélevée ;
- C₂, V₂ : concentration et volume de la solution fille obtenue.
Le facteur de dilution vaut F = C₁ / C₂ = V₂ / V₁.
Préparer une solution par dissolution
- Calculer la masse de soluté :
m = Cm × V. - Peser cette masse dans une coupelle avec une balance.
- L’introduire dans une fiole jaugée à l’aide d’un entonnoir, en rinçant la coupelle avec le solvant.
- Remplir la fiole aux trois quarts, boucher et agiter jusqu’à dissolution complète.
- Compléter jusqu’au trait de jauge (le bas du ménisque doit affleurer le trait), boucher et homogénéiser.
La solubilité
La solubilité dépend du soluté, du solvant et de la température.
| Soluté dans l’eau (environ 20 °C) | Solubilité approximative |
|---|---|
| Sel (chlorure de sodium) | 360 g/L |
| Sucre (saccharose) | 2 000 g/L |
| Bicarbonate de sodium | 96 g/L |
| Calcaire (carbonate de calcium) | quelques milligrammes par litre |
| Dioxygène (gaz, sous 1 atm d’air) | environ 9 mg/L |
Pour la plupart des solides, la solubilité augmente avec la température : on dissout plus de sucre dans un thé chaud. Pour les gaz, c’est l’inverse : une eau chaude contient moins d’oxygène dissous, ce qui pose problème aux poissons en été, et une boisson gazeuse tiède perd plus vite ses bulles. La solubilité d’un gaz augmente avec la pression : c’est sous pression qu’on ajoute le CO₂ aux sodas.
D’autres façons d’exprimer une concentration
| Expression | Signification | Exemple |
|---|---|---|
| Pourcentage massique | grammes de soluté pour 100 g de solution | vinaigre à environ 6 % d’acide acétique |
| Degré alcoolique (% vol.) | millilitres d’éthanol pour 100 mL de boisson | vin à 12 % vol. |
| ppm (partie par million) | 1 mg par kg, environ 1 mg/L dans l’eau | nitrates dans l’eau potable (limite européenne 50 mg/L) |
| Salinité | grammes de sels dissous par kg d’eau | eau de mer : environ 35 g/kg |
| mmol/L | millimoles par litre | glycémie, ionogramme sanguin |
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre soluté et solvant ?
Le soluté est l’espèce dissoute, en général minoritaire ; le solvant est l’espèce qui dissout, majoritaire. Dans l’eau sucrée, le sucre est le soluté, l’eau le solvant.
Comment calculer une concentration massique ?
On divise la masse de soluté (en g) par le volume de la solution (en L) : Cm = m / V. 20 g de sucre dans 0,5 L de solution donnent 40 g/L.
Que signifie C₁V₁ = C₂V₂ ?
C’est la conservation de la quantité de soluté lors d’une dilution : la quantité prélevée dans la solution mère (C₁ × V₁) se retrouve entière dans la solution fille (C₂ × V₂).
Une solution est-elle toujours liquide ?
Non. L’air est une solution gazeuse (mélange homogène de gaz), et certains alliages métalliques sont des solutions solides. Mais en chimie scolaire, le mot désigne le plus souvent un liquide.