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Physique-Chimie 2de

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Chapitre 2


Cours




2
Préparation de solutions

Supplément numérique

Retrouvez en vidéo la méthode de dilution en pratique.

A
Dissolution

La dissolution est la dispersion d’un soluté dans un solvant.

On dissout souvent des solides dans des liquides. On peut aussi dissoudre des gaz.

Exemples : dissolution du sucre dans du thé ou dissolution de dioxyde de carbone pour fabriquer de l’eau gazeuse avec une machine (doc. 3).

Agiter permet d’accélérer la dissolution ainsi que d’homogénéiser la solution finale.

Chauffer permet souvent d’accélérer la dissolution et d'augmenter la solubilité en général. Attention toutefois à ne pas évaporer le solvant !

Exemple : pour faire un chocolat chaud, on chauffe le lait avant d’ajouter du chocolat en poudre. Dans le lait froid, de la poudre reste en surface.

Application

Pour diluer par 5 une solution mère (F=5F= 5 ) dans une fiole de 100,0 mL, Vmeˋre=Vfille 5=1005=20V_{\text {mère}}=\dfrac{V_{\text {fille }}}{5}=\dfrac{100}{5}=20 mL. Il faut donc prélever 20 mL de solution mère à la pipette jaugée.


➜ Fiches méthode 13 et 14, p. 331-332
pour réviser les protocoles de dissolution et de dilution en détail.

Vocabulaire

  • Diluer : ajouter du solvant sans ajouter de soluté.
  • Dissoudre : disperser un soluté dans un solvant.
  • Solution fille : solution obtenue après dilution.
  • Solution mère : solution initiale qui va être diluée.
  • Trait de jauge : marque ou trait qui indique le volume.

B
Dilution

Une dilution est la diminution de la concentration d’une solution par ajout de solvant sans ajout de soluté.

La solution mère est la solution de départ et la solution fille est la solution obtenue après dilution. La solution fille est donc moins concentrée que la solution mère.

Exemple : quand on ajoute de l’eau dans un café pour qu’il soit moins fort, la solution mère est le café fort et la solution fille est le café doux final.

Éviter les erreurs

Attention à la lecture du volume avec une fiole jaugée : l'œil doit être bien placé à l'horizontale à la hauteur du bas du ménisque.

Lecture du volume

Prélever la solution qui est au-dessus du trait de jauge, même sans avoir agité, revient à enlever du soluté en plus du solvant. La concentration ne sera plus celle souhaitée.
Attention aux traits de jauge des pipettes : certaines en ont deux (volume mesuré entre les deux traits) et d’autres n’en n’ont qu’un (vider la pipette pour avoir le volume souhaité) !

Doc. 3
Dissolution et effervescent

Dissolution et effervescent
Le dégagement gazeux de CO2\text{CO}_{2} agite la solution.

C
Conservation de la masse

Quelle que soit la technique, la masse de soluté prélevée se retrouve toujours dans la solution préparée.
  • Cas de la dissolution : La masse de soluté pesée est égale à celle qui se retrouve en solution : msoluteˊ peseˊ=msoluteˊ en solution =γsolutionVsolutionm_{\text {soluté pesé}}=m_{\text {soluté en solution }}=\gamma_{\text {solution}} \cdot V_{\text {solution}}.
  • Cas de la dilution : La masse de soluté prélevée dans la solution mère est égale à la masse de soluté contenue dans la solution fille : mmeˋre =mfille m_{\text {mère }}=m_{\text {fille }}.
    On a donc : γmeˋre Vmeˋre=γfilleVfille.\gamma_{\text {mère }} \cdot V_{\text {mère}}=\gamma_{\text {fille}} \cdot V_{\text {fille}}.
Soit : γmeˋre γfille =Vfille Vmeˋre=F= \dfrac{\gamma_{\text {mère }}}{\gamma_\text{fille }}=\dfrac{V_{\text {fille }}}{V_{\text {mère}}}=F= facteur de dilution.

1
Notion de concentration


Pas de malentendu

Le soluté semble disparaître dans le solvant. Or, il est toujours là ! Ses éléments constituants sont juste trop petits pour être distingués une fois séparés par le solvant.

A
Solution aqueuse

Une solution est un mélange.
Le solvant est le composant majoritaire du mélange.
Le soluté est l’espèce qui est dispersée dans le solvant.

Solvant + Soluté(s) = Solution

Remarque : On parle de solution aqueuse lorsque le solvant est l’eau.

Doc. 1
Limonade maison

Limonade maison
La limonade est une solution aqueuse. Les principaux solutés sont le sucre, le CO2\text{CO}_{2} et l’acide citrique.

Éviter les erreurs

La formule de la concentration peut aussi s’écrire sous la forme : V=mγ ou m=γV.V=\dfrac{m}{\gamma} \text { ou } m=\gamma \cdot V.

Doc. 2
Dans un marais salant

Un marais salant
Le sel est récolté lorsque l’eau de mer sature en sel dans les marais salants.

Application

La solubilité du chlorure de sodium (sel) est de ss = 358 g\cdotL-1. Quelle masse mm de sel peut-on espérer récolter dans un marais salant à partir de 1,2 m3 d’une solution saturée ?

Corrigé :
1,21\text{,}2 m3 =1,2×103=1\text{,}2 \times 10^{3} L
m=sV=358×1,2×103m=s \cdot V=358 \times 1\text{,}2 \times 10^{3} g
m=4,3×105m=4\text{,}3 \times 10^{5} g =4,3×102=4\text{,}3 \times 10^{2} kg.
La masse du sel qu’on pourra espérer récolter est de 4,3×1024\text{,}3 \times 10^{2} kg.

B
Concentration en soluté

La concentration en masse (en g·L-1) d’un soluté est la masse mm (en g) de soluté dissous dans le volume VV (en L) de la solution.
γ=mV\gamma=\dfrac{m}{V}
Exemple : si on dissout 1 g de sel dans 1/2 L de soupe, la concentration en sel de la soupe sera de : γsel=10,5=2\gamma_{\mathrm{sel} }=\dfrac{1}{0\text{,}5}=2 g/L.

La concentration d’un soluté en solution est à distinguer de la masse volumique de la solution. Les deux grandeurs s’expriment parfois dans la même unité mais ne représentent pas la même chose. La masse volumique d’une substance concerne la masse d’un ensemble. La concentration concerne la masse d’un soluté dans un ensemble.

Exemple : concentration en sucre d’un sirop : γsucre=20\gamma_{\text {sucre}}=20 g/L.
Masse volumique du sirop : ρsirop=1180\rho_{\text {sirop}}=1 \, 180 g/L.

C
Concentration maximum

On ne peut dissoudre qu’une quantité limitée de soluté dans un volume de solvant. Lorsque l’on ne peut plus dissoudre de soluté, on dit que la solution est saturée en soluté.

La solubilité est la concentration à partir de laquelle un soluté ne peut plus se dissoudre davantage. La solubilité est donc la concentration maximum d'un soluté dans un solvant donné.

Remarque :
  • La solubilité dépend du soluté, du solvant et de la température.
  • Une solution peut être saturée avec un soluté mais pas forcément avec un autre

Vocabulaire

  • Concentration en masse (en g/L) :
  • masse de soluté contenue dans un volume de référence de solution.
  • Masse volumique :
  • masse d’une substance (solide, liquide ou gaz) contenue dans un volume de cette substance.

3
Détermination de concentrations


Doc. 4
Dessin à l'aquarelle

Dessin à l'aquarelle
On dilue les aquarelles pour obtenir des nuances de couleurs.

Supplément numérique

Revoir en vidéo l’utilisation de la courbe d’étalonnage (activité 3 p. 42).

Éviter les erreurs

Comparer les teintes avec la même verrerie car la couleur s’assombrit avec l’épaisseur.
Pour distinguer les couleurs, mettre un fond uniforme blanc derrière les solutions.
Resserrer les concentrations de l’échelle de teintes pour gagner en précision.

Comparer les teintes

La concentration inconnue doit être dans la gamme d’étalonnage.

B
Courbe d’étalonnage

Lorsque l’on peut mesurer une grandeur physique (notée GG) en lien avec la concentration (notée γ\gamma), on peut montrer graphiquement ce lien.

En préparant une série de solutions de concentrations γ\gamma connues d’une même espèce et en mesurant la valeur de GG pour chacune d’entre elles, on peut tracer une courbe G=f(γ)G=f(\gamma).

Pour plus de précision :
  • effectuer une large gamme de mesures pour réaliser la courbe afin de gagner en précision ;
  • modéliser (déterminer une relation mathématique entre les grandeurs représentées)/lisser la courbe d’étalonnage.
Exemple (d’après un sujet bac) :
détermination de la concentration γ\gamma en glucose par mesure de la masse volumique ρ\rho d’une solution :

Courbe d’étalonnage

Graphiquement, on déduit γ=70\gamma=70 g/L.

➜ Fiche méthode 10 pour l’utilisation d’un tableur.
Retrouvez une vidéo pour en savoir plus sur les incertitudes de mesure.

Vocabulaire

  • Courbe d’étalonnage : courbe reliant la concentration à une grandeur physique mesurable.
  • Échelle de teintes : série de couleurs dégradées.
  • Solution étalon : solution avec une concentration connue.

A
Échelle de teintes

Lorsqu’une espèce colorée est diluée, sa couleur devient plus claire (doc. 4). En préparant une série de solutions de concentrations connues d’une même espèce colorée (appelée échelle de teintes), on peut ensuite comparer avec la couleur d’une solution de concentration inconnue et obtenir un encadrement de sa valeur.

Exemple : avec des solutions de permanganate de potassium :

Échelle de teintes

On obtient 0,04 g/L γT\leq \gamma_{\mathrm {T}} \leq 0,08 g/L.
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