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Concentration en masse et dilution

Calculer la concentration en masse d'un soluté dans une solution aqueuse à partir de la masse et du volume. Déterminer les volumes nécessaires pour préparer une solution par dilution.

Duree estimee : 20 min

Intuition : l'exemple du sirop

Imagine que tu prépares un verre de sirop. Si tu mets beaucoup de sirop et peu d'eau, le mélange est très coloré et sucré : il est concentré. Si tu ajoutes beaucoup d'eau, la couleur pâlit et le goût s'atténue : la solution est diluée.

Dessin simple de deux verres transparents identiques sur fond blanc. Le verre de gauche contient un liquide rouge foncé (concentré). Le verre de droite contient un liquide rose pâle (dilué). Le niveau de liquide est le même dans les deux verres. — Observe la différence de couleur entre une solution concentrée et une solution diluée.

Vocabulaire important : le liquide majoritaire (l'eau) est le solvant. La substance dissoute (le sucre, le sel) est le soluté. Le mélange homogène obtenu est la solution.

Définir la concentration en masse

La concentration en masse (notée $C_{m}$ ou $t$ ) indique la masse de soluté dissoute dans un litre de solution. Elle se calcule en divisant la masse de soluté par le volume total de la solution.

Formule à retenir :

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

. Avec

m

en grammes (g),

V

en litres (L) et

C_{m}

en grammes par litre (g/L).

Exemple : Tu dissous 10 g de sucre dans de l'eau pour obtenir un volume final de 2 litres. Le calcul est

C_{m} = \frac{10}{2} = 5 g/L

. Chaque litre de ta boisson contient 5 grammes de sucre.

Ne confonds pas la concentration avec la masse volumique ! La masse volumique, c'est la masse de TOUTE la solution (eau + soluté) divisée par le volume. La concentration, c'est juste la masse du SOLUTÉ divisée par le volume.

Préparer une solution par dissolution

En TP, on te demande souvent de fabriquer un volume précis de solution à une concentration donnée. Tu dois alors trouver quelle masse de poudre peser sur la balance.

On transforme la formule précédente pour trouver la masse :

m = C_{m} \times V

. Attention, le volume

V

doit toujours être converti en Litres.

Tu veux préparer 250 mL de solution de sel à 4 g/L. Convertis d'abord :

250 mL = 0, 250 L

. Calcule ensuite :

m = 4 \times 0, 250 = 1 g

. Tu dois donc peser exactement 1 gramme de sel.

Schéma de laboratoire sur fond blanc montrant trois objets distincts posés sur une paillasse : une balance électronique affichant '1.0 g' avec une coupelle dessus, un entonnoir en verre, et une fiole jaugée en verre vide. — Le matériel de précision indispensable pour une dissolution.

En chimie, pour préparer un volume précis, on utilise toujours une fiole jaugée. Un bécher ou une éprouvette sont trop imprécis pour préparer une solution.

La dilution : ajouter du solvant

Diluer, c'est ajouter du solvant (eau) à une solution concentrée (solution mère) pour obtenir une solution moins concentrée (solution fille). Le principe clé est la conservation de la masse : toute la masse de soluté prélevée dans la mère se retrouve dans la fille.

Relation de conservation :

C_{m} (m \overset{e}{ˋ} re) \times V (m \overset{e}{ˋ} re) = C_{m} (fille) \times V (fille)

. On cherche généralement

V (m \overset{e}{ˋ} re)

, le volume à prélever à la pipette.

On a une solution mère à 20 g/L. On veut 100 mL (0,1 L) de solution fille à 2 g/L. Masse nécessaire :

2 \times 0, 1 = 0, 2 g

. Quel volume de mère contient ces 0,2 g ?

V = \frac{m}{C _{m}} = \frac{0 , 2}{20} = 0, 01 L

. Il faut prélever 10 mL.

Dessin technique simple vue de côté. Une main tient une pipette jaugée verticale qui aspire du liquide bleu dans un bécher. Le liquide monte dans la pipette. Fond blanc. — L'étape clé de la dilution : le prélèvement.

Erreur classique : le volume de la fiole (

V_{fille}

) n'est pas le volume d'eau ajouté ! On verse le volume prélevé dans la fiole vide, et ensuite on complète avec de l'eau jusqu'au trait de jauge.

Estimer avec une échelle de teinte

Pour les solutions colorées, la concentration est liée à l'intensité de la couleur. Plus c'est foncé, plus c'est concentré. On peut encadrer la concentration d'une solution inconnue en comparant sa couleur avec des solutions témoins.

Vue de face de 4 tubes à essai verticaux alignés sur un porte-tubes gris. Tube 1 : liquide bleu très clair. Tube 2 : liquide bleu moyen. Tube 3 : liquide bleu très foncé. Tube 4 (séparé un peu à droite) : liquide bleu identique au Tube 2. — Comparaison visuelle de solutions.

C'est le principe du dosage par étalonnage : on compare l'inconnu à une échelle connue pour estimer sa concentration sans faire de calculs.

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