La concentration molaire

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Définition de la concentration molaire

  • La concentration molaire est une grandeur caractérisant toute solution, elle reflète la proportion d’une espèce chimique dissoute (soluté) par rapport à un solvant.
La concentration molaire (C) d’une espèce chimique est le rapport de la quantité (n) de cette espèce chimique par le volume (V) de la solution, ce qui se traduit par la formule suivante:

Latex formula C est en général exprimé en mole par litre (mol/L), d’autres unités sont envisageable (mmol/L, mol/mL etc) mais la mol/L est l’unité la plus courante (la plupart des relations faisant intervenir la concentration molaire nécessitent cette unité). n est mole (mol) V est en litre (L)

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Objectif

Sur une bouteille d'eau minérale, on trouve la donnée « calcium : 78 mg/litre ». Que signifie cette grandeur ?

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1. Dissolution d'espèces chimiques:

Considérons une eau de mer. A juste titre, on peut considérer qu'il s'agit d'une solution aqueuse (car le liquide majoritaire est l'eau) salée où les espèces dissoutes sont des ions (chlorure, sodium...). Il est facile de reproduire une telle solution homogène en prenant un certain volume d'eau dans lequel on dissout du sel : l'eau est le solvant et le sel, le soluté. 

 Ainsi, une solution résulte de la dissolution d'un soluté dans un solvant.

On peut compléter l'exemple précédent en constatant qu'un soluté peut être : 

* Solide : une solution aqueuse de glucose résulte de la dissolution du glucose (sucre) dans l'eau (des molécules de glucose sont en solution !) ;
* Liquide : une solution d'éthanol résulte de la dissolution de molécules d'éthanol (alcool ordinaire) ;
* Gazeux : une solution aqueuse d'acide chlorhydrique résulte de la dissolution du chlorure d'hydrogène. En solution, on y trouve des ions oxonium H3O+ et chlorure Cl-.

Remarque : Si un soluté introduit dans un solvant n'est pas totalement dissous, on dira que la solution fabriquée est saturée.

Expérience 1: Préparer une solution

  • a) Préparation d'une solution aqueuse.

  • Préparer une solution

2. Concentration massique 

La concentration massique représente la quantité en masse de soluté dissoute dans un solvant pour obtenir un litre de solution.
La concentration massique Cm est le quotient de la masse m dissoute et du volume V utilisé :

Cm=m/v


Observations

  • a) Les deux corps de même volume ont des masses différentes.
  • b) Les deux corps de même masse ont des volumes différents.

Conclusion

  • La masse et le volume seuls ne permettent pas de caractériser un corps.

3. Définition de la masse volumique

  • La masse volumique est une grandeur physique qui se définit par la masse par unité de volume.
Elle est généralement notée ρ (rhô). 
Elle est définie par ρ=m/v .
  • L'unité de ρ dépend des unités choisies pour la masse m et le volume V :

m en kilogramme et V en litre : ρ en kg/L ; m en gramme et V en millilitre : ρ en g/mL.

  • On peut également écrire, à l'aide d'un produit en croix, l'expression de la masse : m = ρ × V.
  • Le volume d’une substance correspond donc au rapport de sa masse par sa masse volumique à condition, comme toujours, de bien respecter la cohérence des unités.

Exemple: un récipient contient 200 g d’éthanol de masse volumique ρ= 789 g/L

V = m / ρ

Mesure de la masse volumique d'un matériau

  • Pour un liquide : on mesure la masse d'un certain volume de liquide. Pour cela, on place sur une balance une éprouvette graduée contenant le liquide. Grâce à la balance, on mesure la masse m (penser à tarer la balance). Grâce à l'éprouvette graduée, on mesure le volume V. On en déduit la masse volumique ρ par le calcul.
  • Pour un solide : on détermine le volume V du solide, puis on mesure sa masse m à l'aide d'une balance.

Utilité

  • Tous les matériaux ont des masses volumiques différentes, ce qui permet de les caractériser et de les différencier.

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Définition graphique

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  • Images: Détermination de la masse et du volume

  • Détermination de la masse du solide

  • Détermination du Volume du liquide

  • La variation du volume du liquide


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Vidéo 1: La masse volumique (physique-chimie)

Vidéo 2: La masse volumique d'un solide

Vidéo 3: Convertir une masse volumique


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Puce-didaquest.png Exemples, applications, utilisations

  • Volume et forme :
Le volume d’un objet n’est pas lié à la forme du corps. 
Des objets de différentes formes peuvent avoir le même volume.
  • Exemple : Avec un même morceau de pâte à modeler tu peux réaliser différentes formes , mais le volume reste inchangé.

Différentes techniques de mesure pour la masse volumique:

  • Aréomètre
L'aréomètre est un corps en verre qui est plongé dans l'échantillon. Après un court moment d'équilibrage, il se stabilise à un certain niveau (lorsque la masse de l'aréomètre est égale à l'effet de poussée d'Archimède). Plus la masse volumique de l'échantillon est élevée, moins les aréomètres s'enfonceront. Le niveau d'équilibrage indique la masse volumique sur l'échelle étalonnée.
Applications principales :

Contrôle rapide d'une valeur de masse volumique approximative, principalement pour le contrôle des processus

  • Pycnomètre
Un pycnomètre est un bécher en verre d'un volume défini. Il est pesé sans échantillon (M1), puis rempli avec l'échantillon et pesé à nouveau (M2). La différence entre M1 et M2 (=masse de l'échantillon) divisée par le volume du bécher correspond à la masse volumique de l'échantillon.
  • Kit de détermination de masse volumique
Le kit de détermination de masse volumique est utilisé avec une balance. Un corps en verre de volume défini est pesé dans l'air (M1), plongé dans l'échantillon et à nouveau pesé dans l'échantillon (M2). La différence entre M1 et M2 (poussée) divisée par le volume du corps en verre correspond à la masse volumique de l'échantillon.
  • Densimètre numérique
Un tube de verre creux vibre à une certaine fréquence. Cette fréquence varie lorsque le tube est rempli avec l'échantillon : plus la masse de l'échantillon est élevée, plus la fréquence est élevée. La fréquence est mesurée, puis convertie en masse volumique.

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Pour citer cette page: (concentration molaire) 

ABROUGUI, M & al, 2020. La concentration molaire. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/La_concentration_molaire>, consulté le 21, novembre, 2024
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