Définir une solution aqueuse

Comment réussir à faire un soda soi même ?
Dans la plupart des fast food, les soda sont en réalité des sirops dilués dans de l'eau filtrée du robinet

On appelle solution électrolytique toute solution obtenue par la dissolution d'une substance appelée soluté dans un liquide que l'on appelle solvant. Le soluté peut être sous la forme de solide, de gaz ou de liquide et si l'eau constitue le solvant de la solution, on parle alors de solution aqueuse.

De ce fait, une solution électrolytique correspond à une solution contenant des ions. Elle est alors conductrice tout en étant électriquement neutre.

Remarque

La connaissance de la verrerie, de la précision que l'on peut en attendre et des usages que l'on peut en faire sont indispensables.

Définitions

Une solution est un liquide contenant plusieurs constituants

  • Le constituant majoritaire est appelé solvant. Si le solvant est l'eau, la solution est appelée solution aqueuse.
  • Le (ou les) composé(s) mis en solution est (sont) appelé(s) soluté(s).
  • Les espèces en solution sont soit des molécules soit des ions.

Concentration d'une espèce en solution

La concentration molaire d'une espèce chimique en solution est la quantité de matière de cette espèce présente dans un litre de solution.

Relation de définition et unités de mesure

Soit [X] la concentration de l'espèce X en solution (on la note aussi C(X)), n(X) la quantité de matière de X en solution et V le volume de la solution. On a : [ left[ X right] = frac { n left( X right) } { V } ]

Avec :

  • n(X) en mol
  • V en L
  • [X] en mol.L-1

Rappels sur le volume, la mole et la masse molaire

Le volume

On utilise le mètre cube de symbole m3.
On utilise plutôt le litre en chimie (L).

1 m3 = 1000 L et 1 mL = 1 cm3

La masse volumique d'un échantillon est le rapport de la masse m de cet échantillon à son volume v. (ρ est la masse volumique)

[ rho = frac { m } { V } ] ou [ m = rho times v ] ou [ v = frac { m } { rho } ]

La densité d'un liquide est égale au quotient de la masse d'un volume v par la masse d'un même volume d'eau. (la densité s'exprime sans unité)

[ d = frac { text { masse d un volume v de liquide } }{ text { masse d un volume v d'eau } } ]

Définition

Selon le domaine dans lequel ce mot est utilisé, la définition peut être différente. Mais, dans tous les cas, le volume représente une grandeur qui permet la mesure de l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.

  • En sciences physique, le volume d'un objet permet de mesurer l'extension dans l'espace physique que celui-ci possède et ce dans les trois directions de façon simultanée et de façon similaire à l'aire d'une figure dans le plan qui, quant à elle, mesure l'extension que celle-ci possède dans deux directions de façon simultanée.
  • En mathématiques, le volume d'une partie de l'espace géométrique correspond à sa mesure dans le sens de la théorie de la mesure de Lebesgue.

Il peut être intéressant de connaître la notion de volume afin de déduire la masse d'un objet défini grâce notamment à la bien connue masse volumique !

La mole

La mole est une unité de quantité de matière.

La quantité de matière se note n et s'exprime en mole de symbole mol.

Le nombre d'entités élémentaire contenue dans une mole est appelé Constante d'Avogadro, noté Na.

Il faut savoir que la valeur du nombre d'Avogadro a évolué au court du temps :

  • Avant le 20 Mai 2019, le nombre d'Avogadro, et donc la mole, était défini comme correspondant au nombre d'atome de carbone dans 12 grammes (donc 10-3 kg) de carbone 12. On avait alors : NA = 6,022 140 857 . 1023 mol−1.
  • Or, depuis le 20 Mai 2019, le kilogramme a été redéfini. Ainsi, on fit le choix de définir le nombre d'Avogadro comme étant une constante fixée par convention. Aujourd'hui, la valeur du nombre d'Avogadro est donc : NA = 6,022 140 76 . 1023 mol−1

Il y a proportionnalité entre le nombre N d'entités élémentaires dans un échantillon et sa quantité de matière n :

[ N = n times N _ { A } ] [ n = frac { N } { N _ { A } } ]

La masse molaire

La masse d'une mole d'atomes est appelée masse molaire atomique, noté M et d'unité g / mol. En chimie, on ne compte pas en nombre d'ions ou d'atomes mais en nombre de paquets, un paquet s'appelle une mole (mol). Une mole contient 6,02 . 1023 entités.

Le nombre de masse d’un atome correspond au nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome.

La masse molaire correspond aussi au nombre de nucléons dans le noyau. A = 59, signifie qu'il y a 56 nucléons dans le noyau (et 59 grammes dans une mole).

Dans le tableau périodique, la masse molaire est souvent différente de A à cause des isotopes.

Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.

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C'est parti

Définir la dilution

La dilution correspond à un procédé qui consiste en l'obtention d'une solution finale qui présentera une concentration inférieur à la concentration de la solution de départ. Il est alors possible de procéder à cela grâce à un ajout de solvant ou encore en prélevant une partie de la solution puis de compléter jusqu'à atteindre le volume souhaité avec du solvant. Il est alors possible de caractériser une dilution par son taux de dilution. Mais pour cela, il est nécessaire de présupposer que le corps dilué est soluble dans le solvant qui est utilisé.

Dilution par ajout de solvant

On note la concentration d'une solution C et il est possible de la calculer avec la formule suivante : [ C = frac { n } { V } ]

Avec :

  • C la concentration molaire. Cette unité s'exprime en mol.L-1 ;
  • n la quantité de matière du soluté en solution. Cette unité s'exprime en mol ;
  • Et V le volume de solvant. Cette unité s'exprime en L.

Ainsi, si on procède à une dilution par ajout de solvant, la solution initiale et la solution finale contiennent autant de quantité de soluté. Cela signifie alors que ninitialenfinale .

On a alors les relations suivantes qui se dégagent :

[ C _ { text { initiale } } = frac { n _ { text { initiale } } } { V _ { text { initial } } } ]

[ C _ { text { finale } } = frac { n _ { text { finale } } } { V _ { text { final } } } ]

On peut déduire de ces relations le rapport suivant :

[ frac { C _ { text { initiale } } } { C _ { text { finale } } } = frac { V _ { text { initial } } } { V _ { text { final } } } ]

Taux de dilution

Il est possible d'exprimer le taux de dilution avec la relation suivante :

[ T = frac { text { concentration finale } } { text { concentration initiale } } = frac { text { volume final } } { text { volume initial } } ]

Il est important de savoir que le taux de dilution, noté T, est une grandeur sans unité et qui présente obligatoirement une valeur positive et inférieure à 1.

Quant au taux de dilutions successives, il correspond au produit des taux de dilution de chaque dilution.

Exemple

Si on procède à une dilution à 3 % puis à 5 %, on a T qui est égal à :

[ T = frac { 3 } { 100 } times frac { 5 } { 100 } = frac { 15 } { 100 } = 15 times 10 ^ { - 4 } ]

La dilution dans la médecine : l'homéopathie

En quoi consiste l'homéopathie ?
L'homéopathie reposerait sur la mémoire de l'eau concernant le principe actif dilué.

L'homéopathie correspond à une pratique pseudo-scientifique de médecine alternative qui a été inventée en 1796 par Samuel Hahnemann.

Cette pratique repose essentiellement sur le principe qu'il est possible de soigner un patient en diluant très fortement des substances qui, lorsqu'elles sont concentrées, pourraient provoquer des symptômes assez similaires à ceux que le patient rencontre.

Or, au delà d'un certain nombre de dilutions, les remèdes se basant sur l'homéopathie sont totalement dépourvus de tout principes actifs.

Afin de mettre au point un remède homéopathique, il est nécessaire d'utiliser la technique de dilutions infinitésimales. Ce principe consiste à diminuer la toxicité des substances choisies dans la composition du remède par application du principe de similitude. Suite à cela, il est nécessaire d'agiter très fortement les préparations. Ainsi, après chaque dilution, la préparation est secouée de façon énergique manuellement ou mécaniquement. Cela permettrait de conserver les effets pharmacologiques du principe malgré des dilutions importantes.

La mémoire de l'eau

Pour expliquer cette méthode, Jacques Benveniste, en 1987, mettra au point l'hypothèse de la mémoire de l'eau. Cette hypothèse reposerait sur la possibilité que l'eau garderait en mémoire les propriétés de la substances précédemment diluées même lorsque ces substances sont absente sous la forme d'une empreinte électromagnétique de la molécule.

Cependant, cette hypothèse est considérée comme scientifiquement invraisemblable, et les précédentes démonstrations de cette hypothèse ne furent nullement convaincantes car truquées ou biaisées par la présence d'artefacts de manipulations.

La dilution et les dosages colorimétriques

De quelle couleur est la phénylalanine ?
Pour une dilution colorimétrique, il existe beaucoup de colorant différents qui changent selon, par exemple, le pH de la solution.

Un dosage colorimétrique correspond à un type de dosage qu'il est possible de réaliser lorsqu'une réaction chimique donne des produits colorées et si l'intensité de la coloration est proportionnelle à la concentration de l'élément chimique à doser. Cette réaction repose donc logiquement sur la loi de Beer-Lambert.

Notez qu'il est aussi possible de procéder à un dosage colorimétrique en utilisant des indicateurs colorés qui vont se colorer selon les variations de pH et donc indiquer le point d'équivalence de la réaction. Dans ce cas, on parle alors de titrage colorimétrique.

Pour procéder à un tel dosage, il est alors nécessaire de procéder à la conception d'une gamme étalon.

Couleur d’une solution

Une solution colorée se comporte comme un filtre : elle absorbe certaines radiations lorsqu’elle est traversée par la lumière blanche. La couleur d’une solution correspond aux radiations transmises par la solution, elle est complémentaire de la couleur absorbée. Le spectre de la lumière qui a traversé une solution colorée est appelé un spectre d’absorption.

Définition de l’absorbance

L’absorbance Aλ est liée à l’intensité de la lumière de longueur d’onde λ absorbée par la solution. C’est une grandeur positive, sans unité, sa valeur est d’autant plus grande que la lumière est absorbée.

Loi de Beer Lambert

L’absorbance Aλ d’une solution dépend de la concentration molaire C de l’espèce colorée et de la largeur de la cuve l. Elle suit la loi de Beer Lambert :
Aλ = ε l c avec c en mol.L-1, l en cm et ε en L.mol-1.cm-1
ε est le coefficient d’extinction molaire qui dépend de la nature de l’espèce chimique et de la longueur d’onde λ.

Préparer une solution aqueuse diluée

Par mise en solution d'un solide

Détermination de la masse de soluté à peser

Comment réussir sa dilution ?
Lorsque vous faites du caramel, vous diluez du sucre dans de l'eau.

Soit à préparer un volume V d'une solution contenant l'espèce X, de masse molaire M(X), à la concentration [X]. Il faut, en général, déterminer la masse de l'espèce X à peser.
Soit m(X) cette masse.

[ left[ X right] = frac { n left( X right) } { V } ] or [ n left( X right) = frac { m left( X right) } { M left( X right) } ]

Donc [ left[ X right] = frac { m left( X right) } { M left( X right) times V } ] et [ m left( X right) = left[ X right] times M left( X right) times V ]

Rappels sur la masse

En physique, la masse correspond à une grandeur physique positive et intrinsèque d'un corps.

De façon plus précise, en physique newtonienne, la masse correspond à une grandeur extensive. Cela signifie alors que la masse d'un corps formé de parties correspond à la somme des masses de ces différentes parties qui le compose.

De plus, il est essentiel de noter que la masse est une grandeur conservative. De ce fait, elle reste constante dans le cas d'un système isolé qui n'échange donc pas de matière avec son environnement.

Pour une espèce donnée, la masse m, la quantité de matière n et la masse molaire M sont liés par : [ n = frac { m } { M } ] [ m = n times M ]

Les propriétés

La masse peut se manifester au travers de deux propriétés fondamentales :

En effet, en mécanique statique, la masse est correspond à l'un des premières grandeurs facilement mesurables par les gens via le système de pesée puisque celle-ci permet de comparer la masse de l'objet défini avec un masse étalon connue. On appellera alors ce système la masse pesante. C'est ainsi que l'on liera la quantité de matière d'un corps à sa masse.

Tandis qu'en mécanique dynamique, la masse correspond à une grandeur qui intervient dans le principe fondamental de la dynamique comme étant la résistance de la matière au changement de vitesse. En effet, plus la masse d'un corps est importante, plus il faudra exercer une force importante pour modifier la direction ou encore sa vitesse. On appelle alors ce phénomène "masse inerte".

Ainsi, cet aspect de la masse présente un rôle essentiel dans tous les domaines de la dynamique puisqu'elle correspond à une notion présente dans grand nombre de relations de physique classique ou encore dans les calculs qui permettent de les définir. En effet, il est possible de constater une proportionnalité entre la masse inerte et la masse pesante et cela de façon totalement indépendante de la nature du matériau mis en jeu. Cela permet alors de prendre la même unité pour la masse pesante et la masse inerte et donc de pouvoir les définir comme étant égale. Ainsi, cette équivalence a permis de définir un principe d'équivalence.

L'unité

L'unité de masse est le kilogramme dans le Système international d'unités (S.I.).

Comme pour le litre il existe des sous-unités : kg ; hg ; dag ; g ; dg ; cg ; mg.

Attention à ne pas faire comme une majorité et confondre la masse avec le poids. En effet, dans le vocabulaire de la physique, le poids correspond à la force exercée par la gravité sur un corps pesant.

Par dilution d'une solution (la solution fournie est en général appelée solution mère)

La dilution correspond à un procédé qui consiste en l'obtention d'une solution finale qui présentera une concentration inférieure à la concentration de la solution de départ. Il est alors possible de procéder à cela grâce à un ajout de solvant ou encore en prélevant une partie de la solution puis de compléter jusqu'à atteindre le volume souhaité avec du solvant. Il est alors possible de caractériser une dilution par son taux de dilution. Mais pour cela, il est nécessaire de présupposer que le corps dilué est soluble dans le solvant qui est utilisé.

Dilution par ajout de solvant

On note la concentration d'une solution C et il est possible de la calculer avec la formule suivante : [ C = frac { n } { V } ]

Avec :

  • C la concentration molaire. Cette unité s'exprime en mol.L-1 ;
  • n la quantité de matière du soluté en solution. Cette unité s'exprime en mol ;
  • Et V le volume de solvant. Cette unité s'exprime en L.

Ainsi, si on procède à une dilution par ajout de solvant, la solution initiale et la solution finale contiennent autant de quantité de soluté. Cela signifie alors que ninitialenfinale .

On a alors les relations suivantes qui se dégagent :

[ C _ { text { initiale } } = frac { n _ { text { initiale } } } { V _ { text { initial } } } ]

[ C _ { text { finale } } = frac { n _ { text { finale } } } { V _ { text { final } } } ]

On peut déduire de ces relations le rapport suivant :

[ frac { C _ { text { initiale } } } { C _ { text { finale } } } = frac { V _ { text { initial } } } { V _ { text { final } } } ]

Le taux de dilution

Il est possible d'exprimer le taux de dilution avec la relation suivante :

[ T = frac { text { concentration finale } } { text { concentration initiale } } = frac { text { volume final } } { text { volume initial } } ]

Il est important de savoir que le taux de dilution, noté T, est une grandeur sans unité et qui présente obligatoirement une valeur positive et inférieure à 1.

Quant au taux de dilutions successives, il correspond au produit des taux de dilution de chaque dilution.

Exemple

Si on procède à une dilution à 3 % puis à 5 %, on a T qui est égal à :

[ T = frac { 3 } { 100 } times frac { 5 } { 100 } = frac { 15 } { 100 } = 15 times 10 ^ { - 4 } ]

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Joy

Freelancer et étudiante en Sciences de la Vie et de la Terre, je suis un peu une grande sœur qui épaule et aide les autres pour observer et comprendre le monde qui nous entoure et ses curieux secrets !