Les solutions aqueuses

Solutions aqueuses

Sirop dans l'eau, sel dans la soupe, sucre dans le café… Comment décrit-on ce que contient une solution, et comment en prépare-t-on une à la concentration voulue ?

À la fin de ce chapitre, tu sauras :

identifier le solvant et le soluté d'une solution aqueuse ;

calculer une concentration en masse (g·L⁻¹) et la concentration maximale ;

préparer une solution par dissolution ou par dilution ;

déterminer une concentration par dosage par étalonnage.

Soluté, solvant, solution

Solution Une solution est un mélange composé d'au moins un soluté dissous dans un solvant.

Soluté L'espèce chimique dissoute dans le solvant (solide, liquide ou gaz).

Solvant Le liquide dans lequel on dissout le soluté. C'est l'espèce majoritaire.

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

Exemple : eau salée Le solvant est l'eau, le soluté est le sel (chlorure de sodium).

La concentration en masse

Concentration en masse La concentration en masse C_m indique la masse de soluté dissoute par litre de solution : C_m = (m_soluté)/(V_solution) Cₘ en g·L⁻¹ m soluté en g V solution en L À ne pas confondre

La concentration en masse C_m concerne le soluté dans la solution. La masse volumique ρ = m/V concerne la solution entière (ou un corps pur). Mêmes unités, mais ce n'est pas la même chose !

Préparation par dissolution

Dissolution Dissoudre un soluté dans un solvant pour obtenir une solution de concentration C_m donnée. On pèse une masse m = C_m × V que l'on dissout dans une fiole jaugée de volume V.

Étapes du protocole de dissolution dans une fiole jaugée

Protocole de dissolution : pesée du solide, introduction dans la fiole, ajout d'eau, agitation, complétion au trait de jauge.

Astuce de laboratoire On remplit la fiole aux trois quarts avant de dissoudre, on agite, puis on ajuste au trait de jauge avec une pissette, en finissant goutte à goutte.

Préparation par dilution

Dilution Diluer une solution, c'est y ajouter du solvant pour diminuer sa concentration. La solution de départ est la solution mère ; la solution préparée est la solution fille.

Conservation de la masse de soluté Au cours d'une dilution, la masse de soluté ne change pas : C_m,0 × V_0 = C_m,fille × V_fille On en déduit le volume de solution mère à prélever : V_0 = (C_m,fille × V_fille)/(C_m,0)

Étapes du protocole de dilution avec pipette jaugée et fiole jaugée

Protocole de dilution : prélèvement à la pipette jaugée, transfert dans la fiole jaugée, complétion au trait de jauge.

Concentration maximale et saturation

Concentration maximale Pour un soluté donné dans un solvant donné (à une température donnée), il existe une concentration maximale C_m,max au-delà de laquelle le soluté ne se dissout plus.

Solution saturée Une solution est saturée lorsque C_m atteint C_m,max. Tout soluté ajouté reste alors au fond du récipient.

Exemple : le sel dans l'eau À 20 °C, on peut dissoudre au maximum environ 360 g de sel (NaCl) dans 1 L d'eau. Au-delà, le sel ajouté ne se dissout plus.

Influence de la température La concentration maximale dépend généralement de la température : elle augmente le plus souvent quand la température augmente (sucre, sel, etc.).

Doser par étalonnage

Comment déterminer la concentration C_m d'une solution inconnue sans la peser ?

Principe du dosage par étalonnage On compare la solution inconnue à des solutions étalons de concentrations connues, en mesurant une grandeur qui dépend de la concentration (la teinte pour une solution colorée, la masse volumique pour une solution incolore, comme l'eau sucrée).

Solution colorée échelle de teinte Solution incolore courbe d'étalonnage ρ = f(C_m)

Échelle de teinte

Échelle de teinte Pour une solution colorée, la teinte s'intensifie quand la concentration augmente. On prépare une série de solutions étalons de concentrations croissantes : c'est l'échelle de teinte.

Cinq tubes de teinte croissante avec leur concentration

Échelle de teinte : la couleur s'intensifie avec la concentration en masse.

Encadrer une concentration inconnue

En comparant la teinte d'une solution inconnue à l'échelle de teinte, on encadre sa concentration entre celles des deux étalons les plus proches.

Encadrement d'une solution inconnue entre deux étalons C1 et C2

La solution inconnue a une teinte comprise entre celles des étalons C₁ et C₂ : C₁ < Cₘ(inconnue) < C₂.

Précision L'encadrement est d'autant plus précis que les étalons sont proches les uns des autres. La méthode reste qualitative, on ne lit pas une valeur unique.

Courbe d'étalonnage par masse volumique

Courbe d'étalonnage On mesure la masse volumique ρ de plusieurs solutions étalons, puis on trace ρ = f(C_m). La concentration inconnue se lit ensuite directement sur la courbe à partir de la masse volumique mesurée.

Courbe d'étalonnage rho en fonction de Cm avec lecture graphique

Lecture graphique : on reporte la masse volumique mesurée pour lire la concentration inconnue sur l'axe horizontal.

Méthode 1. Préparer plusieurs étalons. 2. Mesurer ρ de chacun. 3. Tracer la courbe. 4. Mesurer ρ de la solution inconnue. 5. Reporter sur la courbe pour lire C_m.

Ce qu'il faut retenir

Une solution = un soluté dissous dans un solvant. Si le solvant est l'eau, la solution est aqueuse.

Concentration en masse : C_m = m_soluté/V_solution, en g·L⁻¹.

Dissolution : peser m = C_m × V et dissoudre dans une fiole jaugée.

Dilution : conservation de la masse, C_m,0 V_0 = C_m,f V_f.

Au-delà de la concentration maximale, la solution est saturée.

On dose par étalonnage : échelle de teinte (solution colorée) ou courbe ρ = f(C_m) (masse volumique).