Physique-Chimie — Constitution et transformations de la matière
Solutions aqueuses
Concentration en masse et molaire, dissolution, dilution
Résumé synthétiqueFiche en 4 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub
Résumé
Un sirop, l'eau de mer, le sérum physiologique : autant de **solutions aqueuses**, obtenues en **dissolvant** un **soluté** dans l'eau, le **solvant**. Pour dire « à quel point » c'est concentré, deux mesures cohabitent : la **concentration en masse** $C_m = \dfrac{m}{V}$ (en $\mathrm{g/L}$) et la **concentration molaire** $C = \dfrac{n}{V}$ (en $\mathrm{mol/L}$), reliées par $C = \dfrac{C_m}{M}$. Préparer une solution, c'est peser puis dissoudre dans une **fiole jaugée** ; la **diluer**, c'est ajouter du solvant pour l'affaiblir sans toucher à la quantité de soluté — d'où la relation maîtresse $C_1 V_1 = C_2 V_2$. Selon le soluté, la dissolution est une **dissociation ionique** ($\mathrm{NaCl} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{Cl^-}$) ou une simple **dispersion moléculaire** (le sucre).
Avant de calculer, fixons le vocabulaire. Tout part d'un **soluté** que l'on fait disparaître dans un **solvant** : on obtient un mélange parfaitement homogène, la **solution**. Quand le solvant est l'eau, on parle de solution **aqueuse**.
- **Soluté** : l'espèce chimique que l'on dissout (sel, sucre, gaz...).
- **Solvant** : le liquide qui dissout le soluté ; c'est l'**eau** dans une solution aqueuse.
- **Solution** : le mélange **homogène** soluté + solvant obtenu après dissolution.
- **Solution saturée** : le solvant a atteint sa limite ; tout soluté ajouté reste **solide** au fond.
- La dissolution est soit une **dissociation ionique** ($\mathrm{NaCl} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{Cl^-}$), soit une **dispersion moléculaire** (sucre).
Exemple
Dans de l'eau salée, le **soluté** est le chlorure de sodium $\mathrm{NaCl}$, le **solvant** est l'**eau**, et l'ensemble limpide forme la **solution** aqueuse. Le sel s'y dissocie en ions $\mathrm{Na^+}$ et $\mathrm{Cl^-}$.
Piège à éviter
Ne confonds pas **soluté** (ce qu'on dissout, minoritaire) et **solvant** (ce qui dissout, majoritaire). Une solution est **homogène** : on ne distingue plus le soluté à l'œil nu.
Dire « concentré » ou « dilué » ne suffit pas : on quantifie avec une **concentration**. Deux versions coexistent — l'une en grammes, l'autre en moles — et un simple passage par la masse molaire $M$ permet de passer de l'une à l'autre.
- **Concentration en masse** : $C_m = \dfrac{m}{V}$, masse de soluté sur volume de solution, en $\mathrm{g/L}$ (ou $\mathrm{g \cdot L^{-1}}$).
- **Concentration molaire** : $C = \dfrac{n}{V}$, quantité de soluté sur volume de solution, en $\mathrm{mol/L}$.
- Lien entre les deux : $C = \dfrac{C_m}{M}$ (puisque $n = \dfrac{m}{M}$).
- Le **volume $V$** doit toujours être exprimé en **litres** dans ces formules.
- Relations inversées : $m = C_m \times V$ et $n = C \times V$.
Exemple
Une eau salée contient $C_m = 5{,}85\ \mathrm{g/L}$ de $\mathrm{NaCl}$, de masse molaire $M = 58{,}5\ \mathrm{g/mol}$. Sa concentration molaire vaut $C = \dfrac{C_m}{M} = \dfrac{5{,}85}{58{,}5} = 0{,}10\ \mathrm{mol/L}$.
Piège à éviter
Pense à **convertir les $\mathrm{mL}$ en $\mathrm{L}$** : $250\ \mathrm{mL} = 0{,}250\ \mathrm{L}$. Oublier cette conversion fausse la concentration d'un facteur $1000$.
Préparer une solution de concentration **voulue** suit un protocole précis. On calcule d'abord la masse de soluté à peser, puis on dissout et on complète **exactement** au volume désiré grâce à une **fiole jaugée**.
- **Étape 1 — calculer** la masse : $m = C_m \times V$, ou $m = n \times M$ avec $n = C \times V$.
- **Étape 2 — peser** le soluté à la **balance de précision**.
- **Étape 3 — dissoudre** dans un peu d'eau distillée au fond d'un bécher.
- **Étape 4 — ajuster** : transvaser en **fiole jaugée** et compléter jusqu'au **trait de jauge**.
- Le volume final est celui de la **fiole**, et non le volume d'eau ajouté.
Exemple
Préparer $V = 500\ \mathrm{mL} = 0{,}500\ \mathrm{L}$ de solution à $C_m = 10\ \mathrm{g/L}$. Masse à peser : $m = C_m \times V = 10 \times 0{,}500 = 5{,}0\ \mathrm{g}$. On dissout ces $5{,}0\ \mathrm{g}$, puis on complète jusqu'au trait de jauge des $500\ \mathrm{mL}$.
Piège à éviter
On complète **jusqu'au trait de jauge**, pas en ajoutant un volume d'eau égal à $V$ : le soluté occupe lui aussi de la place. La fiole jaugée garantit le volume **total** exact.
**Diluer**, c'est rendre une solution moins concentrée en lui ajoutant du solvant. Le point clé : on n'ajoute **pas** de soluté, donc sa **quantité de matière se conserve**. De cette conservation naît la relation la plus utilisée du chapitre.
- **Diluer** = ajouter du **solvant** pour **diminuer** la concentration.
- La quantité de soluté est **conservée** : $n_1 = n_2$, d'où $C_1 V_1 = C_2 V_2$.
- On prélève un volume $V_1$ de **solution mère** (concentration $C_1$) à la **pipette jaugée**.
- On complète à l'eau en **fiole jaugée** de volume $V_2$ : on obtient la **solution fille** (concentration $C_2$).
- **Facteur de dilution** : $F = \dfrac{C_1}{C_2} = \dfrac{V_2}{V_1}$ (toujours $\geq 1$).
Exemple
On prélève $V_1 = 50\ \mathrm{mL}$ d'une solution mère à $C_1 = 0{,}20\ \mathrm{mol/L}$ et on complète à $V_2 = 200\ \mathrm{mL}$. La solution fille a pour concentration $C_2 = \dfrac{C_1 V_1}{V_2} = \dfrac{0{,}20 \times 50}{200} = 0{,}050\ \mathrm{mol/L}$. Le facteur de dilution vaut $F = \dfrac{200}{50} = 4$.
Piège à éviter
La concentration **diminue** lors d'une dilution : on doit trouver $C_2 < C_1$. Si $C_2 > C_1$, c'est que la formule a été inversée. Dans $C_1 V_1 = C_2 V_2$, les volumes peuvent rester en $\mathrm{mL}$ tant qu'ils sont dans la **même unité** des deux côtés.
Quiz - Solutions aqueuses
10 questions
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Notions clés — Physique-Chimie
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Questions fréquentes
Les points clés à retenir sur Solutions aqueuses, extraits du quiz de révision.
Dans une solution aqueuse, le solvant est :
Réponse :
L'eau
Par définition, une solution est dite **aqueuse** lorsque le solvant — le liquide qui dissout — est l'**eau**.
La concentration en masse $C_m$ est définie par :
Réponse :
$C_m = \dfrac{m}{V}$
$C_m = \dfrac{m}{V}$ : masse de soluté (en $\mathrm{g}$) divisée par le volume de solution (en $\mathrm{L}$), d'où l'unité $\mathrm{g/L}$. La forme $\dfrac{n}{V}$ est la concentration **molaire** $C$.
La concentration molaire $C$ est reliée à $C_m$ par :
Réponse :
$C = \dfrac{C_m}{M}$
$C = \dfrac{C_m}{M}$, avec $M$ la masse molaire du soluté. Cela vient de $n = \dfrac{m}{M}$ : en divisant par $V$, $\dfrac{n}{V} = \dfrac{m}{M \times V}$, soit $C = \dfrac{C_m}{M}$.
Une solution saturée est une solution dans laquelle :
Réponse :
On ne peut plus dissoudre de soluté supplémentaire
Une solution **saturée** a atteint sa limite de dissolution : tout soluté ajouté au-delà reste **solide** au fond du récipient.