Chapitre 2 : Composition des solutions aqueuses
0. Objectifs du chapitre
Savoir identifier un solvant et un soluté Connaître et utiliser la notion de concentration Savoir préparer une solution par dissolution ou dilution Savoir déterminer une concentration expérimentalement Connaître le principe de dosage par étalonnage 1. Qu'est-ce qu'une solution aqueuse ?
La limonade est une solution aqueuse. Les principaux solutés sont le sucre, le CO2 et l’acide citrique.
Soluté + Solvant = Solution (après dissolution du soluté dans le solvant par agitation) Exemple 1 : sel + eau = eau salée
Exemple 2 : sirop de menthe + eau = menthe à l'eau
Exemple 3 : eau + éthanol (ou éthanol + eau) = mélange homogène d'eau et d'éthanol 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.
Si le solvant est de l'eau, on parle de solution aqueuse (aqua = eau en latin)
Dans les exemples 1 et 2, le solvant est de l'eau, donc ce sont des solutions aqueuses Dans l'exemple 3, on peut parler de solution aqueuse s'il y a plus d'eau que d'éthanol Le solvant est toujours majoritaire par rapport au soluté
Dans les exemples 1 et 3, on a une solution incolore Dans l'exemple 2, on a une solution colorée 2. Notion de concentration
2A. Concentration en masse de soluté dans la solution
2B. Concentration maximale
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
Le sel est récolté lorsque l’eau de mer sature en sel dans les marais salants.
3. Préparation de solutions
La fiole jaugée est un instrument de précision pour mesurer le volume d'une solution aqueuse et la jauge est un trait qui permet d'obtenir le bon volume de solution, mais
à condition que le ménisque du liquide soit bien tangent au trait de jauge 3A. 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.
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.
3B. 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.
3C. 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. 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.
Conservation de la masse de soluté lors de la dilution (ajout d'eau) :
Facteur de dilution F de la solution fille (par rapport à la solution mère) :
4. Détermination de concentrations
4A. Échelle de teintes
Lorsqu’une espèce colorée est diluée, sa couleur devient plus claire. 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 :
On obtient une concentration en masse de la solution inconnue comprise entre 0,04 et 0,08 g/L 4B. Courbe d'étalonnage
Lorsque l’on peut mesurer une grandeur physique (notée G) en lien avec la concentration cm, on peut montrer graphiquement ce lien.
En préparant une série de solutions de concentrations cm connues d’une même espèce et en mesurant la valeur de G pour chacune d’entre elles, on peut tracer une courbe G=f(cm).
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 cm en glucose par mesure de la masse volumique ρ d’une solution :
Graphiquement, on déduit cm=70 g/L.
Capsule vidéo : dosage par étalonnage (Hélène Risler) 5. Exercices
QCM (livre)
Pour s'échauffer, pour commencer (livre) Exercice corrigé du livre (éviter le mal de tête) Pour s'entraîner (livre)
Pour aller plus loin (livre)
