Vocabulaire et outils

La solution aqueuse : un exemple de mélange homogène

Définition

Une solution est un mélange homogène résultant de la dissolution d'un ou plusieurs soluté(s) (espèce chimique dissoute) dans un solvant. Une solution est dite aqueuse si le solvant est l'eau.

Le solvant est l'espèce chimique majoritaire dans le mélange. Le soluté est une espèce chimique minoritaire dans le mélange.

Par exemple, un soda est une solution aqueuse. Il s'agit d'un mélange homogène de solutés (principalement du sucre) dissout dans de l'eau ; le mélange est principalement composé d'eau. En revanche un sirop n'est pas une solution aqueuse. C'est un mélange de sucre et d'eau mais le mélange est principalement composé de sucre.

Concentration

Afin de définir la quantité d'un soluté en solution, nous utilisons la notion de concentration.

La concentration d'un soluté en solution est le rapport de la quantité du soluté et du volume totale de solution. On peut définir deux type de concentration : la concentration en masse et la concentration en quantité de matière.

Une solution étant un mélange homogène, sa concentration est la même peu importe le volume de l'échantillon étudié. Par exemple la concentration en masse de sucre dans un soda est la même dans la bouteille ou dans le verre que l'on se sert.

Concentration en masse

La concentration en masse d'un soluté en solution est le rapport de la masse du soluté et du volume totale de solution. Généralement la concentration en masse se note $C_{m}$ et son unité est $g / L$ .

C_{m} = \frac{m_{s o l u t é}}{V_{s o l u t i o n}}

$C_{m}$ est en $g / L$ si $m_{s o l u t é}$ est en $g$ et $V_{s o l u t i o n}$ en $L$ .

A partir de cette relation on peut également établir :

m_{s o l u t é} = C_{m} \times V_{s o l u t i o n}

ou encore :

V_{s o l u t i o n} = \frac{m_{s o l u t é}}{C_{m}}

Attention

Il est important de distinguer la masse volumique $ρ$ de la concentration en masse $C_{m}$ . En effet, même si à première vue les relations sont identiques, $ρ = \frac{m}{V}$ et $C_{m} = \frac{m}{V}$ , les masses et volumes dans les relations ne sont pas les mêmes.

La masse volumique est le rapport entre la masse d'une entité et le volume de cette même entité. La concentration en masse est le rapport entre la masse d'un soluté et le volume d'une solution.

Exemple : Soit 100 mL d'une solution aqueuse de sucre préparée par la dissolution de 20 g de sucre. La masse totale de la solution est 108 g. On peut déterminer la masse volumique de la solution ainsi que sa concentration en masse de sucre.

Pour la masse volumique, il faut identifier la masse totale de la solution ainsi que son volume total : $ρ_{s o l u t i o n} = \frac{m_{s o l u t i o n}}{V_{s o l u t i o n}} = \frac{108 g}{0, 100 L} = 1080 g / L$ .

Pour la concentration en masse de sucre, il faut identifier la masse soluté et le volume de solution : $C_{m} = \frac{m_{s o l u t é}}{V_{s o l u t i o n}} = \frac{20 g}{0, 100 L} = 200 g / L$ .

Concentration en quantité de matière

La concentration en quantité de matière d'un soluté en solution est le rapport de la quantité de matière du soluté et du volume totale de solution. Généralement la concentration en quantité de matière se note $C$ et son unité est $m o l / L$ .

C = \frac{n_{s o l u t é}}{V_{s o l u t i o n}}

$C$ est en $m o l / L$ si $n_{s o l u t é}$ est en $m o l$ et $V_{s o l u t i o n}$ en $L$ .

A partir de cette relation on peut également établir :

n_{s o l u t é} = C \times V_{s o l u t i o n}

ou encore :

V_{s o l u t i o n} = \frac{n_{s o l u t é}}{C}

Concentration maximale

Il n'est pas possible de dissoudre une quantité infinie de soluté dans un solvant. Il existe une concentration maximale qu'il est possible d'atteindre. Cette concentration maximale dépend des solutés, du solvant et de la température. Lorsque cette concentration maximale est atteinte, toute quantité de soluté supplémentaire ne se dissout pas. On dit alors que la solution est saturée.

Exemple : A 20°C, la concentration maximale en sel d'une solution aqueuse est $358, 5 g / L$ . Si l'on tente de dissoudre $400 g$ de sel en ajoutant de l'eau jusqu'à réaliser $1 L$ de solution, seulement $358, 5 g$ de sel sera dissout. Il sera impossible de dissouddre les $41, 5 g$ restants, qui resteront sous forme solide.

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