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2DE : SOLUTIONS AQUEUSES (3)

dimanche 28 mars 2021, par Oscillo&Becher


SOLUTIONS AQUEUSES (3)

SOLUTIONS AQUEUSES (3)

1 LES SOLUTIONS AQUEUSES

1.1 Cas général

  • Une solution est un mélange d’une substance (le solvant, souvent à l’état liquide) et d’une autre substance (le soluté quel que soit son état initial) prise en très petite quantité par rapport au solvant.
  • Le solvant est la substance chimique qui va accueillir, dissoudre le ou les solutés par dissolution. Quand le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse.

Powerade.png

Figure 1 : Un exemple de solution aqueuse : Une boisson énergisante pour sportif

  • Le soluté est une substance, à l’état gazeux, liquide, ou solide qui est introduite et dissoute dans le solvant.
    • Dans l’exemple de la boisson énergisante, on peut citer, parmi les solutés, le glucose, l’acide citrique, le colorant « bleu brillant » …
  • Lors de la dissolution, après agitation du soluté (solide par exemple) dans le solvant, le mélange est homogène, le soluté va se répartir sous une forme invisible dans le solvant.

1.2 Cas de la dissolution d’un composé ionique

EauSaleeMICROSetNB.png

Figure 2 : Un autre exemple de solution aqueuse : l’eau salée

2 CONCENTRATION EN MASSE \(C_{m}\)

zoompowerade.png

  • Sur l’étiquette précédente, on lit « 4,1 g de sucre pour 100 mL »
  • On dira que la concentration en masse, pour le sucre, est \(C_{m} = \frac{m_{solute}}{V_{solution}} = \frac{4,1}{0,1}\) = 41 \(g.L^{-1}\)
\begin{align} C_{m} = \frac{m_{solute}}{V_{solution}} \end{align}
  • d’où la masse de soluté m s’obtient grâce à l’expression
\begin{align} m = C_{m} \times V_{solution} \end{align}

3 SOLUTION SATURÉE. CONCENTRATION MAXIMALE D’UN SOLUTÉ

3.1 Solution saturée

  • On a une solution saturée lorsque le soluté ne parvient plus, malgré l’agitation, à se dissoudre totalement dans la solution, le mélange reste hétérogène.
    • Exemple de l’eau salée

SolutionSaturee.png

Figure 4 : Expérimentation en deux étapes.

3.2 Concentration maximale d’un soluté

  • Il s’agit de la masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre de façon homogène pour 1 L de solution.
  • La concentration maximale de sel dans l’eau à température ambiante est de \(C_{max}\) = 360 \(g.L^{-1}\).
  • Question+ : Montrons que les valeurs données dans l’expérimentation en deux étapes, représentée précédemment, sont tout à fait crédibles.
    • \(C_{max} = \frac{m_{max}}{V}\) d’où \(m_{max} = C_{max} \times V\)
    • Ici, V = 20 mL = 0,020 L, on a donc \(m_{max} = 360 \times 0,020\)
    • \(m_{max} = 360 \times 0,020\) = 7,2 g
    • Dans 20 mL d’eau à température ambiante, on ne peut dissoudre que 7,2 g de NaCl au maximum.
    • Dans l’illustration précédente, on peut donc dissoudre 4 g mais pas 4 g de plus car 8 g \(>\) 7,2 g.

4 OBTENIR UNE SOLUTION DE CONCENTRATION EN MASSE \(C_{m}\) PRÉCISE

4.1 par dissolution

4.1.1 Expérimentalement, on utilisera

  • une Balance : Ne jamais peser en mettant les cristaux directement sur la coupelle métallique de la balance
  • une Fiole jaugée :
    • La rincer à l’eau
    • Ne pas la remplir tout de suite jusqu’au trait de jauge pour une meilleure agitation pour dissoudre tous les cristaux.
    • Une fois la dissolution totale, compléter jusqu’au trait de jauge (Attention aux erreurs de parallaxe)

Dans l’illustration suivante (Travail de Isabelle Tarride et Jean-Claude Desarnaud de l’académie d’Aix-Marseille), la coupelle et l’entonnoir à solide peuvent être remplacés par un morceau de papier (qu’il faudra tarer) auquel on peut donner, une fois la pesée faite, une forme de pli faisant « gouttière » vers la fiole jaugée :

dissolution.png

[[http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/phy_chi/Menu/Activites_pedagogiques/cap_exp/Pdf/Dissolution.pdf][]]

4.1.2 En résumé

  • Pour obtenir un volume V d’une solution de concentration en masse précise \(C_{m}\), il faut donc :
    • une balance pour peser précisément \(m = C_{m} \times V\) [Fn:1]
    • une fiole jaugée de volume V.

5 DILUER UNE SOLUTION

6 CONSERVATION DE LA MASSE EN SOLUTÉ APPORTÉ AU COURS D’UNE DILUTION

PhraseChocZoom.png

  • Au cours d’une dilution :
\begin{align} m_{solute} = C_{m,fille} \times V_{fille} = C_{m, mere} \times V_{mere} \end{align}
  • Si on veut la concentration de la solution fille obtenue \(C_{m,fille}\) :
\begin{align} C_{m,fille} = \frac{C_{m, mere} \times V_{mere}}{V_{fille}} \end{align}
  • Si on veut, pour constituer une fille, le volume de mère à prélever :
\begin{align} V_{mere} = \frac{C_{m,fille} \times V_{fille}}{C_{m,mere}} \end{align}
  • En utilisant le facteur de dilution \(F = \frac{C_{m,mere}}{C_{m,fille}}\), on obtient, pour le volume de mère à prélever :
\begin{align} V_{mere} = \frac{V_{fille}}{F} \end{align}

7 OBTENIR UNE SOLUTION DE CONCENTRATION EN MASSE \(C_{m}\) PRÉCISE

7.1 par dilution

La dilution répond à un principe simple : la masse de soluté présent dans le volume de solution mère à prélever est identique à celle présente dans le volume de la solution à préparer (appelée solution fille).

  • m = \(C_{m,mere}\times V_{mere} = C_{m,fille} \times V_{fille}\) (Cette expression illustre le fait qu’une fois le volume \(V_{mere}\) de solution mère mesuré, la masse de soluté n’évolue plus entre mère et fille puisque l’on n’ajoute plus que du solvant).
  • Une dilution peut se caractériser par son facteur de dilution F.
  • Facteur de dilution F = \(\frac{C_{m,mere}}{C_{m,fille}} = \frac{V_{fille}}{V_{mere}}\) (voir la cohérence avec l’expression précédente)
  • Ex : Facteur de dilution F = 20, \(\frac{C_{m,mere}}{C_{m,fille}} = \frac{V_{fille}}{V_{mere}}= 20\)
    • On dira que la dilution est « au vingtième » ou que « l’on a dilué 20 fois la solution mère ».
    • Pour un volume de solution fille \(V_{fille}\) = 100 mL, on utilisera une fiole jaugée de 100 mL
    • Le volume \(V_{mere}\) à prélever sera de \(\frac{V_{fille}}{F}\) = 5.0 mL ici.
    • On pourra alors utiliser une pipette jaugée de 5.0 mL.

Created: 2021-04-04 dim. 10:16

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