De nombreux matériaux utilisés en chimie se présentent sous la forme de solutions qui peuvent être trouvées au laboratoire de chimie. Pour de nombreux usages, la valeur exacte de la concentration n'est pas essentielle.
Mais dans d'autres cas, la concentration de la solution et sa méthode de préparation doivent être aussi précises que possible.
Grâce à ce résumé de cours, tu sauras tout sur la concentration en chimie à temps pour que tu puisses la reconnaître.
- Ce résumé de cours présente la notion de concentration en chimie.
- Nous commencerons par revoir la définition de la stœchiométrie et de la concentration.
- Nous aborderons la définition du soluté et du solvant.
- Ensuite, nous allons passer à la manière de calculer la concentration d'une solution.
- Nous allons découvrir les types de concentration des solutions tels que la concentration massique, la concentration molaire, la molalité et la normalité.
- Nous examinerons les pourcentages en masse, la concentrationvolumique et la fraction molaire.
- Enfin, nous résoudrons des exemples liés à la concentration.
Stœchiométrie
Lorsque nous mesurons des atomes, des ions ou d'autres particules, nous utilisons des calculs stœchiométriques :
La stœchiométrie est le processus de mesure de la quantité de réactifs et de produits d'une réaction chimique.
Nous équilibrons souvent des équations pour comparer différents éléments. Mais que se passe-t-il lorsque nos réactions chimiques impliquent des mélanges homogènes ? Nous ne pouvons pas séparer physiquement ces solutions, alors que pouvons-nous faire ? Dans ce cas, nous pouvons calculer leur concentration.
Pour des informations plus détaillées sur la stœchiométrie, consulte notre résumé Stœchiométrie.
Définition des concentrations en chimie
En chimie, les concentrations peuvent être définies formellement comme la quantité de soluté présente dans une quantité donnée de solution.
$$ Concentration = \frac {quantité \ de \ soluté}{quantité \ de \ solution} $$
Certains types de concentration ne se calculent que dans des mélanges homogènes, c'est-à-dire dans des solutions.
Qu'est-ce qu'un soluté ?
Un soluté est la substance qui se dissout dans le solvant.
Qu'est-ce qu'un solvant ?
Un solvant est une substance dans laquelle le soluté se dissout, ce qui donne une solution.
Dans la plupart des cas, le soluté et le solvant sont des liquides, ou le soluté est un solide et le solvant est un liquide.
Une solution concentrée est une solution contenant une quantité importante de soluté, tandis qu'une solution contenant une petite quantité de soluté est appelée solution diluée.
Fig.1- Solution diluée et solution concentrée.
Pour des informations plus détaillées sur les mélanges homogènes, consulte notre résumé Mélange homogène.
Comment mesure-t-on les concentrations dans les réactions chimiques ?
Maintenant que nous avons appris ce que sont les concentrations en chimie, tu te demandes probablement comment mesurer la concentration de différents mélanges.
Si c'est le cas, tu as de la chance ! Dans cette section, nous allons passer en revue non seulement la façon de mesurer la concentration, mais aussi les unités que nous utilisons. Rappelons qu'en général, une concentration désigne la quantité de soluté par rapport à la quantité de solution. Cela signifie que nous devons non seulement calculer le volume du mélange, mais aussi la quantité de soluté.
Types de concentrations en chimie
Les types de concentration les plus courants en chimie sont la concentration massique et la molarité.
La concentration massique
La concentration massique est la masse de soluté dans une quantité spécifique de volume.
Masse de soluté dans une quantité spécifique de volume :
- Les unités sont généralement g/L, gramme par litre.
- Il indique la masse (généralement en grammes) d'une substance spécifique présente dans un litre de mélange.
$$ C_m = \frac {m_{soluté}}{V} $$
\( 25 \ g \) de saccharose (sucre) ont été dissous dans l'eau.
Le volume total de cette solution de saccharose est de \( 0,98 \ L \).
Quelle est la concentration massique de cette solution de saccharose ?
Pour commencer, nous identifions la formule nécessaire en fonction de la question. Dans ce cas, nous essayons de déterminer la concentration massique ; la formule est donc la suivante :
Ensuite, nous devons identifier les variables dont nous disposons et que nous pouvons donc utiliser :
- Masse du soluté (m) : \( 25 \ g \) de saccharose.
- Volume de la solution (V) : \( 0,98 \ L \) .
$$ C_m = \frac {m_{soluté}}{V} = \frac {25}{0.98} = 25,51 \ g/L $$
La concentration molaire
La concentration molaire est le nombre de moles d'un soluté dans une quantité spécifique de volume :
- Les unités sont généralement \( mol/L \) , mole par litre ou \( M \) (molarité).
- Il indique combien de moles d'une substance spécifique sont présentes dans un litre de mélange.
$$ C = \frac {n}{V} $$
Un demi-litre de jus de fruit contient \( 0,3 \ mol \) de saccharose.
Quelle est la concentration molaire du saccharose dans ce jus ?
Tout d'abord, nous identifions la formule nécessaire, en fonction de la question.
Dans ce cas, nous essayons de déterminer la concentration molaire, ou molarité ; par conséquent, par la formule est :
Ensuite, nous devons identifier les variables dont nous disposons et que nous pouvons donc utiliser :
- Moles de soluté \( n \) : \( 0,3 \ mol \) de saccharose
- Volume du solvant \( V \) : \( 0,5 \ L \)
$$ C = \frac {n}{V} = \frac {0,3}{0,5} = 0,6 \ mol/L $$
Passons à la molalité !
Qu'est-ce qu'une molalité ?
La molalité \( m \) est similaire à la molarité ( concentration molaire) \( M \) , mais consiste à calculer le nombre de moles par kilogramme de solvant.
\( C=\frac{n_{soluté}}{m_{solvant}} \) en \( mol/Kg \)
L'avantage d'utiliser la molalité, plutôt que la molarité (moles de soluté / volume de la solution), dans certains cas, est que lorsque la température d'une solution augmente, les molécules d'eau se dilatent et leur volume augmente ; cela affecte la molarité. Par conséquent, comme la molalité ne tient pas compte du volume, elle constitue une mesure plus précise de la concentration.
La normalité et le nombre d'équivalents
Bien qu'il ne soit plus aussi courant d'utiliser la normalité, ni de calculer le nombre d'équivalents, tu la trouveras dans certains ouvrages, il est donc important de savoir à quoi ils font référence.
La normalité \( N \) rapporte le nombre d'équivalents au volume. Le nombre d'équivalents relie la masse à la quantité de substance nécessaire pour que les réactions d'oxydoréduction (rédox) et d'acide-base aient lieu.
La valence serait le nombre d'hydrogènes ou d'électrons échangés dans une réaction acide-base ou d'oxydoréduction, respectivement.
Pourcentages de masse et de volume
Si tu veux trouver la composition en pourcentages, tu peux utiliser les formules suivantes :
Comment définir un pourcentage en masse ?
On utilise le pourcentage de masse lorsque les masses du soluté et de la solution sont données, et que l'on veut trouver leurs concentrations.
Le pourcentage de masse est représenté par :
$$ Concentration \space en \space pourcentage \space massique = \frac {masse \space de \space soluté }{ masse \space de \space solvant} \times 100 $$
Si nous parlons de liquides, il s'agirait de solution ; si nous parlons de solides, il s'agirait de mélange.
Concentration volumique
La concentration en pourcentage volumique est utilisée lorsque les volumes du soluté et de la solution sont donnés, et que l'on veut trouver leurs concentrations.
On utilise le pourcentage de volume lorsque les volumes du soluté et de la solution sont donnés, et que l'on veut trouver leurs concentrations.
La concentration en pourcentage volumique est représentée par :
$$ Concentration \space en \space pourcentage \space volumique = \frac {volume \space du \space soluté }{ volume \space de \space solution } \times 100 $$
Pour les solutions très diluées à l'état de traces, au lieu d'utiliser des concentrations en pourcentage aussi faibles, on peut utiliser des fractions molaires \( \chi \) .
Fraction molaire X
Chaque unité présentée ci-dessous est utilisée pour des solutions de plus en plus diluées :
- Parties par mille (ppmil)
- Parties par million (ppm)
- Parties par milliard (ppb)
- Parties par trillion (ppt)
Pour l'analyse de l'eau, le \( ppm \) est souvent utilisé avec les unités \( mg/L \) , parce que les impuretés sont dans l'eau ; mais pour l'analyse des roches, on utilise les \( ppb \) , comme les impuretés sont dans un échantillon solide. Le \( ppb \) est nommé après parties par milliard, puisqu'un billion est un milliard \( 10^9 \).
Les fractions molaires \( \chi \) sont un moyen de calculer la concentration d'une solution similaire à la molalité et à la molarité.
Fraction molaire \( \chi = \frac { n_i }{n_{tot}} \)
\( n_{i} \) = quantité d'un constituant en moles
\( n_{tot} \) = quantité totale de tous les constituants d'un mélange en moles
Cependant, les fractions molaires sont mises en œuvre pour des quantités sans dimension, alors que la molarité a des unités de \( mol/L \) et la molalité des unités de \( mol/kg \) .
Les fractions molaires sont principalement utilisées pour les gaz.
Ils indiquent, dans une solution, le rapport entre le nombre de moles d'un composant spécifique et le nombre total de moles de tous les composants.
Les fractions molaires sont représentées par la lettre grecque chi \( \chi \) , et non par la lettre \(X \) .
Comment calculer la concentration C d'une solution ?
Maintenant que nous avons vu les formules de concentration les plus courantes, il est temps de les mettre en pratique à l'aide d'exemples. Ces exemples seront donnés dans l'ordre des formules énumérées ci-dessus, pour plus de clarté.
En outre, un tableau résumant toutes les formules de concentration est donné ci-dessous pour t'aider à comprendre quand et où utiliser chacune des expressions.
Types de concentration | Formule unitaire | Quand l'utiliser |
| Concentration massique | $$ C_m = \frac {m_{soluté}}{V} $$ | Lorsque tu as des grammes dans une solution. |
| Concentration molaire | $$ C = \frac {n}{V} $$ en \( mol/L \) | Lorsque tu as deux substances miscibles ou une substance qui se dissout dans une autre. |
| Molalité | \( C=\frac{n_{soluté}}{m_{solvant}} \) en \( mol/Kg \) | Lorsque la température est une variable. |
| Masse % | $$ Concentration \space en \space pourcentage \space massique = \frac {masse \space de \space soluté }{ masse \space de \space solvant} \times 100 $$ | Lorsque tu as deux solides, ou la masse des deux substances, sachant que les deux doivent avoir les mêmes unités). |
| Volume % | $$ Concentration \space en \space pourcentage \space volumique = \frac {volume \space du \space soluté }{ volume \space de \space solution } \times 100 $$ | Lorsque tu as le volume des deux substances, en tenant compte du fait que les deux doivent avoir les mêmes unités. |
Parties par mille (ppmil) | $$1 ppmil = \frac { 1g (de \space soluté)}{1 000 mL (de \space solution)}$$ | Diluer les solutions. |
| Parties par million (ppm) | $$1 ppm = \frac { 1g (de \space soluté)}{1 000 000 mL (de \space solution)}$$ | Solutions à l'état de traces. |
Parties par milliard (ppb) | $$1 ppb = \frac { 1g (de \space soluté)}{1 000 000 000 mL (de \space solution)}$$ | Solutions avec des quantités à l'état de traces. |
Parties par trillion (ppt) | $$1 ppt = \frac { 1g (de \space soluté)}{1 000 000 000 000 mL (de \space solution)}$$ | Solutions avec des quantités à l'état de traces. |
Fraction molaire \( \chi \) | $$ \chi = \frac { n_i }{n_{tot}} $$ | Utilisé lorsque nous avons des gaz. |
Pour des informations plus détaillées sur la masse molaire, consulte nos résumés cours La Mole et le nombre d'Avogadro.
Tu as atteint la fin du résumé. Tu devrais maintenant comprendre ce que sont les concentrations en chimie, comment elles sont mesurées et les unités utilisées. Enfin, tu devras être capable de résoudre des problèmes impliquant la concentration d'une variété de solutions. Pour plus de pratique, consulte nos flashcards.
Concentration chimie - Points clés
- En chimie, les concentrations peuvent être définies formellement comme la quantité de soluté présente dans une quantité donnée de solution.
- Un soluté est la substance qui se dissout dans le solvant.
- Le solvant est la substance dans laquelle une autre substance, le soluté, est dissoute pour former une solution.
- Les solutions sont des mélanges homogènes ou des mélanges de composition uniforme.
- Une solution concentrée est une solution qui contient une quantité importante de soluté dissous par rapport à une solution diluée.
- Il existe plusieurs types de concentration :
- concentration en masse ;
- concentration molaire ;
- concentration massique ;
- normalité ;
- pourcentage de masse et volumique ;
- fraction molaire.
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