Chap. 10 Les solutions I. Unité de quantité de matière 1- Le changement d’échelle A l’échelle microscopique on peut considérer la masse d’un atome de fer m(Fe) 9,3.10-26 kg mais dans la vie nous utilisons de l’ordre de quelques grammes de fer par exemple un clou qui a une masse de 2,0 g. Combien d’atome de fer y a-t-il dans ce clou ? 2,0.10 3 N = = 2,15 1022 = 2,2.1022 atomes ce qui est considérable pour de telles quantités nous utiliserons 26 9,3.10 une grandeur physique qui regroupe un paquet d’atomes : la mole 2- Définition La mole est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 0,012 kg de 126 C (décret n° 75.1200 du 4/12/75) Il faut toujours préciser de quelle entité. 1 mole de Ne, H2O, Cl-, Cu2+, ........... Tous les symboles ont une double signification: - à l’échelle microscopique: une entité élémentaire. - à l’échelle macroscopique: une mole d’entités élémentaires. 3- Constante d’Avogadro N : Nombre d’atomes, de molécules ou d’ions contenu dans une mole de ces entités. N = NA = 6,022045 1023 mol-1 II. Masse molaire 1- Masse molaire atomique La masse molaire (M) d’un atome est la masse d’une mole de cet atome. unité: kg.mol-1 (g.mol-1 est souvent utilisée) La masse molaire de 126 C = 12 g.mol-1 Attention: La masse molaire d’un élément tient compte de la proportion de ces isotopes telle qu’on la trouve dans la nature. azote: 99,636 % de 147 N et 0,364 % de 157 N 12 carbone: 98,1 % de 6 C et 1,1 % de 136 C 2- Masse molaire moléculaire C’est la masse d’une mole de molécules = masses molaires atomiques qui composent la molécule. MCH4 = M(C) + 4 M(H) = 12 + 4 1 = 16 g.mol-1 Remarque: La masse molaire ionique des ions monoatomiques est très voisine de la masse molaire atomique de l’atome correspondant. 3- Masse molaire et quantité de matière Pour une masse m d’un échantillon de masse molaire M on détermine la quantité de matière par : Page 1 sur 3 n= m le résultat s’exprime en mol. M III. Les solutions 1- Expériences Dans un bêcher contenant de l’eau, versons du sable, le sable n’est pas soluble dans l’eau. Même expérience avec des cristaux de sulfate de cuivre, le liquide devient bleu. Dans un bêcher contenant du cyclohexane, versons quelques cristaux de diiode, le liquide devient violet. 2- Solution On prépare une solution en dissolvant un soluté dans un solvant, si le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse. La solution peut être ionique (avec des ions) ou moléculaire (avec des molécules) L’eau salée est une solution ionique, l’eau sucrée est une solution moléculaire. IV. Concentration molaire 1- Titre ou concentration massique Si on dissous une masse m de soluté (A) dans un volume V de solvant, le titre de la solution est par m(A) définition t(A) = elle s’exprime en g.L-1. On l’appelle aussi concentration massique. V 2- Définition La concentration molaire d’une solution est égale au quotient de la quantité de matière de soluté n(A) par le volume V de solvant. n (A) C(A) = [A] = n(A) en mol; V en L et C en mol.L-1 V 3- Calcul de concentrations molaires On désire préparer 100 mL de solution d’hydroxyde de sodium de concentration C = 0,1 mol.L-1, comment procéder ? M(NaOH) = 23+16+1= 40 g.mol-1 n = m( NaOH) M( NaOH) 4- Préparation d’une solution aqueuse Pour préparer un volume V d’une solution de concentration C donnée à partir d’un composé solide, il faut déterminer d’abord la masse de produit à peser. n = C V et m = n M d’où m = C V M - On pèse la masse m de soluté à l’aide d’une balance On utilise un entonnoir pour mettre le solide dans une fiole jaugée. On rince la coupelle, l’entonnoir à l’eau distillée dans la fiole jaugée On remplit la fiole au trois quart, on bouche et on agite. On complète jusqu’au trait de jauge en faisant attention pour la lecture du niveau et aux erreurs de parallaxe. Page 2 sur 3 V. Dilution Cette méthode permet d’obtenir une solution de concentration donnée à partir d’une solution commerciale. 1- Principe On ajoute du solvant pour constituer une nouvelle solution moins concentrée que la solution initiale. Au cours de la dilution la concentration du soluté diminue mais la quantité de matière ou la masse de soluté reste constante. Calcul de la nouvelle concentration : n1 = n2 C1.V1 = C2.V2 m1 = m2 t1.V1 = t2.V2 2- Réalisation Il faut utiliser de la verrerie qui permet des mesures précises de volumes. Des pipettes jaugée (à un ou deux traits), des pipettes graduées, des burettes graduées et des fioles jaugées au volume final de solution désirée. Suivre les directives pendant le T.P. 3- Echelle de teintes Deux solutions contenant la même substance colorante à la même concentration ont la même teinte si elles sont observées dans les mêmes conditions a. Réalisation A partir d’une solution mère de concentration donnée, on réalise des dilutions pour obtenir des solutions de différentes concentrations. Ces solutions sont ensuite réparties dans des tubes à essais dans l’ordre des concentrations. Il est évident que cette échelle ne s’effectue qu’avec des solutions colorées. b. Utilisation On utilise une échelle de teinte pour connaître approximativement la concentration d’une solution contenant la même substance colorante. 4- Facteur de dilution C’est une grandeur sans unité, toujours supérieur à 1 C t V F = mère = mère = fille C fille t fille Vmère Page 3 sur 3