Concentration molaire

Cours · physique-chimie (Tronc Commun Sciences, Maroc), chapitre 6 · Maroc, Tronc Commun Sciences · le début du chapitre, la suite sur Adloun

L'eau salée, le sérum physiologique ou un sirop sont des solutions : un produit dissous dans un liquide. Pour comparer ces mélanges et en préparer de façon reproductible, le chimiste a besoin d'une grandeur qui mesure « combien » de produit est dissous dans un volume donné : la concentration. Ce chapitre définit la concentration molaire et la concentration massique, montre comment préparer une solution par dissolution d'un solide, comment réaliser une dilution, et introduit la solubilité et les solutions saturées.

6.1 Solution, soluté et solvant

Définition 6.1Solution, soluté, solvant

Une solution est un mélange homogène obtenu en dissolvant une espèce chimique dans un liquide.

le soluté est l'espèce dissoute (solide, liquide ou gaz) ;
le solvant est le liquide qui dissout le soluté ; il est en large excès.

Quand le solvant est l'eau, la solution est dite aqueuse.

Exemple 6.2

Dans l'eau salée, le soluté est le chlorure de sodium $N a C l$ et le solvant est l'eau. L'ensemble forme une solution aqueuse.

iRemarque

Le volume de la solution $V$ (soluté + solvant) est en général très voisin de celui du solvant, mais ce n'est pas tout à fait le même : c'est toujours le volume final de la solution qui intervient dans les calculs de concentration.

6.2 La concentration molaire

Définition 6.3Concentration molaire

La concentration molaire $C$ d'un soluté est la quantité de matière $n$ de ce soluté dissoute par litre de solution :

$C = \frac{n}{V}$

avec $C$ en $mol \cdot L^{- 1}$ , $n$ en $mol$ et $V$ en $L$ .

iRemarque

La concentration molaire est aussi appelée concentration molaire en soluté apporté. L'unité $mol \cdot L^{- 1}$ se note parfois $M$ et se lit « molaire » : une solution $0, 1 mol \cdot L^{- 1}$ est une solution « décimolaire ».

Exemple 6.4

On dissout $n = 0, 20 mol$ de glucose dans de l'eau pour obtenir $V = 0, 50 L$ de solution :

$C = \frac{n}{V} = \frac{0 , 20}{0 , 50} = 0, 40 mol \cdot L^{- 1}$

Propriété : Quantité de matière dissoute

À partir de la concentration $C$ et du volume $V$ de solution, on retrouve la quantité de matière de soluté :

$n = C \times V$

6.3 La concentration massique

Définition 6.5Concentration massique

La concentration massique $C_{m}$ d'un soluté est la masse $m$ de ce soluté dissoute par litre de solution :

$C_{m} = \frac{m}{V}$

avec $C_{m}$ en $g \cdot L^{- 1}$ , $m$ en $g$ et $V$ en $L$ .

◆Théorème 6.6Relation entre

C_{m}

C

La masse et la quantité de matière du soluté sont reliées par sa masse molaire $M$ ( $m = n \times M$ ). En divisant par le volume $V$ , on obtient :

$C_{m} = C \times M$

avec $C_{m}$ en $g \cdot L^{- 1}$ , $C$ en $mol \cdot L^{- 1}$ et $M$ en $g \cdot mol^{- 1}$ .

Exemple 6.7

Une solution de glucose $C_{6} H_{12} O_{6}$ ( $M = 180 g \cdot mol^{- 1}$ ) a une concentration molaire $C = 0, 40 mol \cdot L^{- 1}$ . Sa concentration massique vaut :

$C_{m} = C \times M = 0, 40 \times 180 = 72 g \cdot L^{- 1}$

Important

Il ne faut pas confondre :

la concentration molaire $C = \frac{n}{V}$ , en $mol \cdot L^{- 1}$ ;
la concentration massique $C_{m} = \frac{m}{V}$ , en $g \cdot L^{- 1}$ .

On passe de l'une à l'autre par la masse molaire : $C_{m} = C \times M$ .

6.4 Préparer une solution par dissolution d'un solide

Préparer une solution par dissolution consiste à peser une masse précise de soluté solide, puis à la dissoudre dans le solvant jusqu'à obtenir le volume de solution voulu.

Méthode : Calcul de la masse de soluté à peser

Pour préparer un volume $V$ de solution de concentration molaire $C$ :

calculer la quantité de matière de soluté voulue : $n = C \times V$ ;
en déduire la masse à peser : $m = n \times M = C \times V \times M$ .

Exemple 6.8

On veut préparer $V = 250 mL = 0, 250 L$ de solution de chlorure de sodium de concentration $C = 0, 10 mol \cdot L^{- 1}$ , avec $M (N a C l) = 58, 5 g \cdot mol^{- 1}$ :

$m = C \times V \times M = 0, 10 \times 0, 250 \times 58, 5 \approx 1, 5 g$

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