Concentration et Dilution
Solutions chimiques
Définition
En chimie, la concentration d'une espèce chimique en solution mesure la quantité de cette espèce dissoute dans un volume donné de solvant. La dilution est l'opération qui consiste à diminuer cette concentration en ajoutant du solvant (souvent de l'eau) à la solution initiale. Ces concepts sont fondamentaux pour préparer des solutions de propriétés précises, que ce soit en laboratoire, dans l'industrie ou dans la vie quotidienne.
Concepts Clés
Concentration molaire (C)
Elle exprime la quantité de matière de soluté (en moles, n) présente par litre de solution (V). C'est la grandeur la plus utilisée en chimie pour les calculs stœchiométriques.
C = n / V avec C en mol/L, n en mol et V en L
Concentration massique (Cm)
Elle exprime la masse de soluté (en grammes, m) présente par litre de solution (V). Elle est souvent utilisée en pharmacie ou en analyse environnementale.
Cm = m / V avec Cm en g/L, m en g et V en L
Relation entre C et Cm
Elles sont liées par la masse molaire du soluté (M, en g/mol) :
Cm = C × M
Dilution
Le principe de la dilution repose sur la conservation de la quantité de matière de soluté. Lorsqu'on dilue une solution, on ajoute du solvant, le volume total augmente, mais le nombre de moles de soluté reste identique.
Loi de la dilution (Relation de proportionnalité) :
n₁ = n₂ donc C₁ × V₁ = C₂ × V₂
Où C₁ et V₁ sont la concentration et le volume de la solution mère (concentrée), et C₂ et V₂ sont la concentration et le volume de la solution fille (diluée).
Formules et Équations Essentielles
Concentration molaire :
Concentration massique :
Lien entre C et Cm :
Loi de la dilution :
Facteur de dilution (F) :
Exemples Concrets
1. Le sirop de menthe
Le sirop pur est très concentré en sucre et en arômes. Pour le consommer, on le dilue dans de l'eau. Le volume final (V₂) est bien supérieur au volume de sirop versé (V₁), ce qui donne une boisson moins concentrée (C₂ << C₁).
2. L'eau de Javel
Vendue en bouteille à une concentration d'environ 36 g/L (de chlorure actif), elle est trop concentrée pour un usage domestique. On la dilue selon les recommandations (par exemple, 1 volume d'eau de Javel pour 9 volumes d'eau) pour obtenir une solution désinfectante efficace mais moins corrosive.
3. La préparation d'un café
La concentration en composés aromatiques et en caféine dans votre tasse dépend directement de la quantité de café moulu (la masse de soluté, m) et du volume d'eau utilisé (V). Plus vous mettez de café pour un même volume, plus la concentration massique Cm est élevée.
Expérience Illustrative
Le Grand Bleu
De la teinture concentrée à l'océan dilué
Matériel :
- Une fiole jaugée de 100 mL
- Une pipette jaugée de 10 mL
- Une pissette d'eau distillée
- Un bécher
- Une solution mère de bleu de méthylène à 1,0 g/L (C₁)
- Un agitateur magnétique (ou une baguette en verre)
Protocole :
- À l'aide de la pipette, prélever précisément 10,0 mL (V₁) de la solution mère de bleu de méthylène.
- Introduire ce prélèvement dans la fiole jaugée de 100 mL.
- Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Agiter pour homogénéiser. Vous avez préparé 100 mL (V₂) d'une solution fille.
Observation :
La solution fille est d'un bleu beaucoup plus pâle que la solution mère. Ceci est la preuve visuelle que sa concentration a diminué. On peut la calculer : la quantité de colorant est restée la même, mais elle est répartie dans un volume 10 fois plus grand. La concentration a donc été divisée par 10 (facteur de dilution F = 10).
Points à Retenir
- La concentration mesure la "force" d'une solution. Plus elle est élevée, plus il y a de soluté par litre.
- La dilution ne crée pas de matière. Elle répartit simplement la même quantité de soluté dans un volume plus grand de solvant. La relation fondamentale est C₁V₁ = C₂V₂.
- Le facteur de dilution (F) indique combien de fois la solution a été diluée. Si F=10, la concentration finale est 10 fois plus faible.
- Ne pas confondre concentration molaire (mol/L) et concentration massique (g/L). Pour passer de l'une à l'autre, il faut connaître la masse molaire du soluté.
- La précision est cruciale. En laboratoire, on utilise du matériel volumétrique (fiole jaugée, pipette) pour préparer des solutions de concentration exacte, indispensable pour des résultats fiables.
