Science et technologie s1028

La concentration et ses unités de mesure

La concentration d’une solution est le rapport entre la quantité de soluté et la quantité totale d’une solution. On trouve ce rapport en faisant la division entre la masse du soluté et le volume ou la masse de la solution. Elle peut s'exprimer sous différentes formes.

La formule générale pour calculer la concentration est la suivante:
|C= \displaystyle \frac{Q_{\text{soluté}}}{Q_{\text{solution}}}|

|C| représente la concentration
|Q_{\text{soluté}}| représente la quantité de soluté
|Q_{\text{solution}}| représente la quantité de la solution

On peut faire varier la concentration de différentes façons.

Changement
​Conséquence sur la concentration
​Dilution (ajout de solvant)
​Diminution de la concentration
​Dissolution (ajout de soluté)
​Augmentation de la concentration
​Évaporation (diminution du solvant)
​Augmentation de la concentration

La dissolution
La solubilité

Les unités de concentration d’une solution

La concentration d'une solution peut être donnée de différentes façons.

La concentration en g/L

La formule générale pour calculer la concentration en grammes par litre est la suivante:
|C= \displaystyle \frac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}}|

|C| représente la concentration |\text {(g/L)}|
|m_{\text{soluté}}| représente la masse de soluté |\text {(g)}|
|V_{\text{solution}}| représente le volume de la solution |\text {(L)}|

Si l’on dissout |\small \text {25 g}| de café dans |\small \text {250 mL}| d'eau, quelle sera la concentration en grammes par litre |\small \text {(g/L)}|?
Les valeurs connues sont les suivantes.
||\begin{align} C &= ? &m&= \text {25 g} \\
V&=\text {250 mL = 0,25 L} \end{align}||
||\begin{align} C =\frac{m}{V} \quad \Rightarrow \quad
C&=\frac {\text {25 g}}{\text{0,25 L}} \\ &= \text {100 g/L} \end{align}||
La concentration du café sera |\text {100 g/L}|.

La concentration en %

On peut aussi exprimer une concentration en pourcentage, ce qui signifie que l’on indique la quantité de soluté pour une quantité de solution équivalente à |\small 100|, soit |\small \text {100 mL}| ou |\small \text {100 g}|.

  • Il y a le pourcentage masse / volume |\small (\% \text{ m/V})| lorsqu'il s'agit d'un soluté solide |\small \text {(g/100 mL)}|.
  • Il y a le pourcentage volume / volume |\small (\% \text{ V/V})| lorsqu'il s'agit d'un soluté liquide |\small \text {(ml/100 mL)}|.
  • Il y a le pourcentage masse / masse |\small (\% \text{ m/m})| lorsque le mélange est solide |\small \text {(g/100 g)}|.

On retrouve |\small \text {60 mg}| de |NaCl| dans un volume de |\small \text {250 mL}|. Quelle est cette concentration en |\small \text {g/L}| et en |\small \text {% m/V}|?

Pour calculer la concentration en |\small \text {g/L}|, on doit convertir les unités afin d'avoir une masse en grammes et un volume en litres.
||\begin{align} V &= \text {250 ml = 0,250 L} &m &= \text {60 mg = 0,06 g} \end{align}||
Par la suite, on utilise la formule de la concentration.
||\begin{align} C =\frac{m}{V} \quad \Rightarrow \quad
C&=\frac {\text {0,06 g}}{\text{0,25 L}} \\ &= \text {0,24 g/L} \end{align}||
La concentration en grammes par litre est donc |\text {0,24 g/L}|.

Pour calculer la concentration en |\small \text {% m/V}|, il faut que le dénominateur soit |\small \text {100 mL}|.
Puisqu'un litre est équivalent à |\small \text {1000 mL}|, il est possible de convertir la concentration en grammes par litre calculée à l'étape précédente en pourcentage.
||\begin{align} \frac{\text {0,24 g}}{\text {1000 ml}}=\frac{x}{\text {100 mL}} \quad \Rightarrow \quad x &= \frac {\text {0,24 g}\times \text {100 mL}}{\text {1 000 mL}} \\ &= 0,024 \: \% \end{align}||
La concentration en pourcentage est donc |0,024 \: \% \text { m/V}|, ou |\text {0,024 g/100 mL}|.

La concentration molaire

La concentration molaire représente le nombre de moles contenues dans un litre d’une substance. On exprime la concentration d’une solution en |\small \text {mol/L}|.

|C=\displaystyle \frac{n}{V}|

|C| représente la concentration molaire |\small \text {(mol/L ou M)}|
|n| représente le nombre de moles |\small \text {(mol)}|
|V| représente le volume de la solution |\small \text {(L)}|

Quelle est la concentration molaire d’une solution si |\small \text {20 g}| de |CaCO_{3}| ont été dissous dans |\small \text {500 mL}| de solution?

Voici les données du problème.
||\begin{align} m &= \text {20 g} &V &= \text {500 ml = 0,500 L} \\ M &= \text {100,09 g/mol} &C&= \text {?} \end{align}||
Il faut d'abord convertir la masse en moles.
||\begin{align} n= \frac{m}{M} \quad \Rightarrow \quad n &= \frac{\text {20 g}}{\text {100,09 g/mol}} \\ &= \text {0,2 mol} \end{align}||
Il est ensuite possible de déterminer la concentration en |\small \text {mol/L}| en utilisant la formule.
||\begin{align} C =\frac{n}{V} \quad \Rightarrow \quad
C&=\frac {\text {0,2 mol}}{\text{0,5 L}} \\ &= \text {0,4 mol/L = 0,4 M} \end{align}||

Les vidéos

 

Les exercices
Les références