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Solutions aqueuses (concentration)

Concentration massique et molaire, dilution, facteur de dilution, verrerie de précision

🌍 Application dans la vie courante : Maîtriser les concentrations et les dilutions permet de préparer un médicament au bon dosage, de contrôler la teneur en chlore d'une eau de piscine, ou de doser un engrais agricole sans risquer de brûler les cultures.

Un sirop pour la toux, une solution de sérum physiologique, l'eau chlorée d'une piscine : dans tous ces cas, une espèce chimique a été dissoute dans l'eau. Cette espèce dissoute s'appelle le soluté, l'eau qui la dissout est le solvant, et l'ensemble forme une solution aqueuse.

Pour qu'un médicament soit efficace sans être dangereux, ou qu'un traitement de piscine soit assez concentré sans irriter la peau, il faut savoir quantifier précisément la quantité de soluté dissoute : c'est le rôle de la concentration. Ce chapitre présente aussi une opération très courante en laboratoire : la dilution, qui permet de préparer une solution moins concentrée à partir d'une solution mère.

📖 Vocabulaire clé

Solution aqueuse : Mélange liquide homogène obtenu en dissolvant une espèce chimique, le soluté, dans un solvant, ici l'eau.

Concentration massique $c_m$ : Masse de soluté dissoute par litre de solution :

c_m = \dfrac{m}{V}

, en g/L (avec

m

en g et

V

en L).

Concentration molaire $c$ : Quantité de matière de soluté dissoute par litre de solution :

c = \dfrac{n}{V}

, en mol/L, avec

n = \dfrac{m}{M}

(

M

= masse molaire du soluté, en g/mol).

Dilution : Opération qui consiste à diminuer la concentration d'une solution en y ajoutant du solvant. La quantité de matière de soluté est conservée :

C_{mère} \times V_{prélevé} = C_{fille} \times V_{fille}

📋 Réaliser (ou exploiter) une dilution en 3 étapes

1 Identifier la solution mère (concentration $C_{mère}$ connue) et la solution fille souhaitée (volume $V_{fille}$ et concentration $C_{fille}$ visés).
2 Calculer le volume à prélever grâce à la conservation de la quantité de matière de soluté : $C_{mère} \times V_{prélevé} = C_{fille} \times V_{fille}$ , donc $V_{prélevé} = \dfrac{C_{fille} \times V_{fille}}{C_{mère}}$ .
3 Réaliser la dilution : prélever $V_{prélevé}$ à la pipette jaugée, le verser dans une fiole jaugée de volume $V_{fille}$ , puis compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge (en homogénéisant par retournements).

✅ Exemple résolu

Énoncé : On dissout

m = 4{,}0

g d'hydroxyde de sodium (soude,

M = 40

g/mol) dans de l'eau distillée, puis on complète jusqu'à un volume

V = 500

mL de solution.

Calcule la concentration molaire

c

de cette solution.

Démarche :

Quantité de matière de soluté dissoute : $n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{4{,}0}{40} = 0{,}10$ mol.
Volume de solution (attention à l'unité, en litres) : $V = 500$ mL $= 0{,}500$ L.
Concentration molaire : $c = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}10}{0{,}500} = 0{,}20$ mol/L.

Réponse :

c = 0{,}20

mol/L. La conversion du volume en litres est une étape à ne jamais oublier : oublier de diviser par

1\,000

pour passer des mL aux L est une des erreurs les plus fréquentes sur ce type de calcul.

⚗️ Lois et formules clés

Concentration massique :

c_m = \dfrac{m}{V}

(en g/L, avec

m

en g et

V

en L)

Concentration molaire :

c = \dfrac{n}{V}

(en mol/L), avec

n = \dfrac{m}{M}

Dilution (conservation de la quantité de matière de soluté) :

C_{mère} \times V_{prélevé} = C_{fille} \times V_{fille}

Facteur de dilution :

F = \dfrac{C_{mère}}{C_{fille}} = \dfrac{V_{fille}}{V_{prélevé}}

🎨 Illustration

Préparation d'une solution par dilution

De la solution mère à la solution fille

On prélève un volume $V_{prélevé} = 10$ mL d'une solution mère à $C_m = 1{,}0$ mol/L, puis on complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge d'une fiole jaugée de $V_{fille} = 100$ mL.

1 La quantité de matière de soluté prélevée est conservée lors de la dilution : $C_m \times V_{prélevé} = C_f \times V_{fille}$ , soit $1{,}0 \times 10 = 0{,}10 \times 100$ (en mL et mol/L) — les deux produits valent bien $10$ .
2 La fiole jaugée est complétée avec de l'eau distillée exactement jusqu'au trait de jauge : c'est ce repère qui garantit un volume final $V_{fille}$ précis, condition indispensable pour une concentration fiable.
3 Le facteur de dilution $F = \dfrac{C_m}{C_f} = \dfrac{1{,}0}{0{,}10} = 10$ indique que la solution fille est $10$ fois moins concentrée que la solution mère.

Ce qu'il faut lire : Repère d'abord le flacon de solution mère à gauche, suis la flèche en deux étapes (prélèvement puis ajout d'eau), puis observe la fiole jaugée de droite et son trait de jauge, qui fixe le volume final.

Préparation d'une solution fille par dilution : prélèvement de

10

mL de solution mère à

1{,}0

mol/L, complété à l'eau distillée jusqu'au trait de jauge d'une fiole de

100

mL (facteur de dilution

F = 10

❌ Une erreur, une suggestion

❌ L'erreur fréquente

Une erreur fréquente est d'inverser les volumes dans la relation de dilution, en associant $C_{mère}$ au grand volume final et $C_{fille}$ au petit volume prélevé.

✅ La suggestion

Attention : c'est toujours le petit volume prélevé dans la solution la plus concentrée qui se combine à $C_{mère}$ , et le grand volume final $V_{fille}$ qui se combine à $C_{fille}$ , la concentration la plus faible.

💡 À retenir

Une solution aqueuse résulte de la dissolution d'un soluté dans l'eau (solvant).
Concentration massique $c_m = \dfrac{m}{V}$ (g/L) et concentration molaire $c = \dfrac{n}{V}$ (mol/L) décrivent la même idée dans des unités différentes.
Une dilution conserve la quantité de matière de soluté : $C_{mère} \times V_{prélevé} = C_{fille} \times V_{fille}$ .
Le facteur de dilution $F = \dfrac{C_{mère}}{C_{fille}}$ indique combien de fois la concentration a été divisée.

🌍 Application dans la vie courante

Où ce phénomène intervient-il ?
Maîtriser les concentrations et les dilutions permet de préparer un médicament au bon dosage, de contrôler la teneur en chlore d'une eau de piscine, ou de doser un engrais agricole sans risquer de brûler les cultures.

Mots-clés associés : Solution aqueuseConcentrationDilutionSolutéSolvant

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