Pour introduire les notions qui tournent autour des solutions aqueuses, nous proposons les séances de travaux pratiques suivante :
La solution est définie de la façon suivante :
Définition : Une solution est un mélange homogène formé par la dissolution d'un soluté dans un solvant.
Définition : Une solution dont le solvant est l'eau, est une solution aqueuse.
La quantité de soluté qu'il est possible de dissoudre dans un solvant est limité. Lorsque cette limite est atteinte, on dit que la solution est saturée. On a atteint la saturation et la concentration en soluté est alors maximale : il n'est plus possible de dissoudre de soluté.
Parmi les solutés solides, on distingue les solutés moléculaires et les solutés ioniques.
Définition : Un solide moléculaire est un solide formé par un empilement de molécules.
La dissolution d'un solide moléculaire donne un éparpillement de ces molécules dans le solvant.
Exemple : La dissolution du glucose \(\displaystyle \newcommand{\chimie}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\chimiecite}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\nchim}{\mathit{n}} \chimiecite{C_6H_{12}O_6} \) dans l'eau donne une solution aqueuse de glucose. La réaction s'écrit \(\displaystyle \newcommand{\chimie}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\chimiecite}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\nchim}{\mathit{n}} \chimiecite{C_6H_{12}O_{6(s)} \longrightarrow C_6H_{12}O_{6(aq)}} \)
Définition : Un solide ionique est un solide formé par un empilement régulier d'anions et de cations.
La dissolution d'un solide ionique donne un éparpillement de ces ions dans le solvant.
Exemple : La dissolution du chlorure de sodium \(\displaystyle \newcommand{\chimie}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\chimiecite}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\nchim}{\mathit{n}} \chimiecite{NaCl} \) dans l'eau donne une solution d'eau salée. La réaction s'écrit \(\displaystyle \newcommand{\chimie}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\chimiecite}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\nchim}{\mathit{n}} \chimiecite{NaCl_{(s)} \longrightarrow Na^+_{(aq)}Cl^-_{(aq)}} \)
Définition : La concentration en masse, appellée parfois teneur en masse, représente la masse de soluté dissoute par litre de solution. Elle est notée \(\displaystyle C_m\) ou \(\displaystyle t\) et se calcule par \(\displaystyle t=\dfrac{m}{V}\). Elle s'exprimer en g.L-1.
Remarque : Nous avons vu dans la séquence précédente la notion de masse volumique qui consiste aussi à effectuer le rapport entre une masse et un volume. Dés lors, la confusion entre la masse volumique et la concentration en masse arrive fréquemment. Il faut cependant bien distinguer les deux notions. Lors de la masse volumique d'un corps, la masse utilisée est la masse totale du corps. Pour la concentration en masse, il s'agit uniquement de la masse dissoute dans le solvant.
Il existe deux méthodes pour préparer une solution. La méthode par dissolution et la méthode par dilution.
La préparation d'une solution par dissolution consiste à prélever une masse précise de soluté et est introduite ensuite dans une fiole jaugée. Le solvant est ensuite ajouté dans la fiole en plusieurs temps (pour agiter et commencer la dissolution) pour arriver ensuite jusqu'au trait de jauge avec précision.
Cf. : Fiche méthode de manipulation.
La préparation d'une solution par dilution s'effectue à partir d'une solution déjà préparée de concentration en masse connue notée \(\displaystyle C_{mère}\), appelée solution mère. La nouvelle solution obtenue par dilution s'appelle alors la solution fille. Cette préparation consiste à prélever un certain volume de la solution mère, notée \(\displaystyle V_{mère}\), que l'on verse dans une fiole jaugée, puis on ajoute un volume précis de solvant jusqu'au trait de jauge pour obtenir une nouvelle solution fille de concentration \(\displaystyle C_{fille}\) de volume \(\displaystyle V_{fille}\).
Au cours de cette opération, la masse de soluté reste inchangée. L'ajout de solvant ne fait qu'augmenter le volume et donc la concentration en masse en soluté. Puisque la masse est inchangée, alors on a l'égalité \(\displaystyle m_{mère}=m_{fille}\). Avec la formule de calcul de la concentration en masse, on arrive à l'égalité \(\displaystyle t_{mère}V_{mère}=t_{fille}V_{fille}\). Cette relation est très utile dans le processus de préparation de solution par dilution.
Définition : Le facteur de dilution est le nombre noté \(\displaystyle f\) et calculé par \(\displaystyle f=\dfrac{V_{fille}}{V_{mère}}\). Diluer \(\displaystyle f\) fois une solution revient à diluer de manière à ce que le volume final soit multiplié par \(\displaystyle \dfrac{1}{f}\).
Cf. : Fiche méthode de manipulation.
Le but d'un dosage par étalonnage est de déterminer la concentration en masse inconnue d'une solution disposant d'une solution plus concentrée de concentration en masse connue. Parmi ces méthodes, on distingue l'étalonage par colorimétrie, par masse volumique, par conductivité, etc.
Cf. : Séance de travaux pratiques.