Les solutions

Où sont les “minéraux” ?

Ils sont dissous !

Une solution est un mélange homogène obtenu
par dissolution d’un soluté dans un solvant.

Le solvant est l'espèce ultra majoritaire
dans laquelle les solutés sont dissouts.

Si le solvant est l'eau, on parle de solution aqueuse.

Le soluté peut être sous la forme de molécules (molécules de saccharose $\ce{C12H22O11}$ dans une eau sucrée) ou d’ions ($\ce{Na+}$ et $\ce{Cl-}$ dans une eau salée).

Même soluté (sulfate de cuivre), même solvant (eau).
Qu’est-ce qui change entre ces solutions ?








Et qu'arrive-t-il à la dernière ?

La concentration

La concentration en masse $C_m$ d’un soluté (espèce chimique dissoute) dans une solution est
la masse du soluté par litre de solution.


$$C_m = \frac{m_{soluté}}{V_{solution}}$$

Unité : le g/L

Supposons que l’on connaisse la concentration en masse $C_m$ d’un soluté et le volume $V$ de la solution.

Comment obtenir la masse $m$ du soluté
présent en solution ?

$$m = C_m \times V$$

Et si on a la masse et la concentration,
comment obtenir le volume ?

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

Exemples :

  • on dissout 25 g de dichlore gazeux dans 500 mL d’eau. Que vaut la concentration en masse en dichlore ?
$m = \pu{25 g}$ , $V= \pu{500 mL}$ , $C_m$ ?
$$\begin{align} C_m &= \frac{m}{V}\\ &=\frac{\pu{25 g}}{\pu{500 mL}}\\ &=\frac{\pu{25 g}}{\pu{0,500 L}}\\ &=\pu{50 g/L} \end{align}$$
  • Une piscine de 50 m3 doit posséder une concentration en masse en ion hypochlorite $\ce{ClO-}$ de 2 mg/L. Quelle masse d’ions hypochlorite doit-on verser dans la piscine pour obtenir cette concentration (on fera l’hypothèse que l’ajout du soluté ne modifie pas le volume de la piscine) ?
$V = \pu{50 m3}$ , $C_m= \pu{2,0 mg/L}$ , on cherche $m$.
$$\begin{align} C_m = \frac{m}{V} \Rightarrow m &= C_m\times V\\ &=\pu{2,0 mg/L}\times\pu{50 m3}\\ &=\pu{2,0E-3 g/L}\times\pu{50E3 L}\\ &= \pu{100 g}\\ &=\pu{0,10 kg}\\ \end{align}$$
  • On veut réaliser le plus grand volume possible d’une solution de sérum physiologique (solution aqueuse de chlorure de sodium d’une concentration en masse de 9,0 g/L). On a à disposition 45 g de sel. Dans quel volume d’eau faut-il le dissoudre ?
$m = \pu{4,5 kg}$ , $C_m= \pu{9,0 g/L}$ , on cherche $V$.
$$\begin{align} C_m = \frac{m}{V} \Rightarrow V &= \frac{m}{C_m}\\ &=\frac{\pu{4,5 kg}}{\pu{9,0 g/L}}\\ &=\frac{\pu{4,5E3 g}}{\pu{9,0 g/L}}\\ &=\pu{500 L}\\ &=\pu{0,50 m3} \end{align}$$

Piège

Une masse volumique est aussi une masse divisée
par un volume mais ce n’est pas la même masse !


Pour calculer la masse volumique d’une solution, quelle masse devra-t-on utiliser ?

$m_{solution}$ et pas $m_{soluté}$

Comment faire pour augmenter une concentration ? (deux solutions)


  • on dissout plus de soluté

  • on évapore une partie du solvant

Dans tous les bassins de la photo, la concentration
en masse du sel est la même.

À votre avis pourquoi ?

Concentration maximale d’un soluté :
masse maximale d’une espèce chimique
qui peut être dissoute par litre de solution.

La solution est alors dite saturée. Si on ajoute encore du soluté, il se dépose au fond sans se dissoudre.

Pour le sel, la concentration maximale
vaut 359 g/L dans une eau à 20°C.

  • À 25 °C, la solubilité dans l’eau de l’aspirine $\ce{C9H8O4}$ est de $\pu{1,0 g}$ pour $\pu{300 mL}$.
    $\pu{400 mL}$ de solution d’aspirine sont préparés à 25 °C à partir d’$\pu{1,20 g}$ de cristaux d’aspirine pure.
    Est-il possible de dissoudre l’intégralité de l’aspirine ?

On a $C_{max}= \frac{\pu{1,0 g}}{\pu{300 mL}} = \frac{\pu{1,0 g}}{\pu{0,300 L}} = \pu{3,3 g/L}$ , $V = \pu{400 mL}$ et $m = \pu{1,20 g}$.

Si on dilue les 1,20 g dans les 400 mL,
on atteind une concentration $C$ valant : $$C = \frac{\pu{1,2 g}}{\pu{400 mL}} = \frac{\pu{1,2 g}}{\pu{0,400 L}} = \pu{3,0 g/L}$$ $C≤ C_{max}$ $\Rightarrow$ toute l'aspirine peut être dissoute.
  • Quelle masse d’aspirine maximum peut-on dissoudre dans ces 400 mL ?

On a $C_{max}= \pu{3,3 g/L}$ et $V = \pu{400 mL}$.
On cherche $m_{max}$.

$$ \begin{align} C_{max} = \frac{m_{max}}{V} \rightarrow m_{max} &= C_{max}\times V\\ &= \pu{3,3 g/L}\times \pu{400 mL}\\ &= \pu{3,3 g/L}\times \pu{0,400 L}\\ &= \pu{1,3 g} \end{align} $$ On peut dissoudre au maximum
1,3 g d'aspirine dans ce volume.

Protocole d’une dissolution

Matériel :

  • balance
  • sabot ou coupelle plastique
  • pissette d'eau distillée
  • fiole jaugée (+ bouchon)

Penser à faire la tare avant
d’ajouter le soluté sur la balance.

Lors du remplissage de la fiole, il faut que
le bas du ménisque affleure le trait de jauge.


Si on dépasse un peu le trait de jauge
lors du remplissage de la fiole,
pourquoi ne peut-on pas retirer
le trop plein avec une pipette ?

Du soluté est dissous dedans !

Comment faire pour diminuer
la concentration d’une solution ?

On ajoute du solvant = on dilue.

Dilution

Matériel :

  • pipette jaugée + propipette (poire à pipetter)
  • fiole jaugée + bouchon
  • pissette d'eau distillée

Protocole :







On pipette dans la solution mère le volume $V_{mère}$ qu’on verse dans la fiole de volume $V_{fille}$
avant de compléter d’eau.

Le facteur de dilution $F$ est le nombre de fois
que la solution est diluée = le nombre par lequel
sa concentration est divisée ($F>1$).


Déterminez $F$ en fonction de $C_{mère}$ et $C_{fille}$,
puis en fonction de $V_{mère}$ et $V_{fille}$
et enfin en fonction de $V_{fiole}$ et $V_{pipette}$.

$$F = \frac{C_{mère}}{C_{fille}} = \frac{V_{fille}}{V_{mère}}= \frac{V_{fiole}}{V_{pipette}}$$

On veut obtenir 250 mL d’une solution diluée 5 fois
($F=5$), quel matériel doit-on choisir
et comment procède-t-on ?

$V_{fille} = \pu{250 mL}$ , $F = 5$
$$\Rightarrow V_{mère}=\frac{V_{fille}}{F}=\frac{\pu{250 mL}}{5} =\pu{50 mL}$$

Il faut donc une pipette jaugée de 50 mL
et une fiole jaugée de 250 mL.

  • On prélève la solution mère avec la pipette,
  • on verse le contenu de la pipette dans la fiole vide,
  • on complète par de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge en pensant à agiter à mitan.

Dosage par étalonnage

Utilisation d’une courbe d’étalonnage.

Voir le TP “Masse de sucre dans une boisson”.

Utilisation d’une échelle de teinte.

Voir le TP “Dosage du colorant d’une boisson
par échelle de teinte”.

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