Composition des solutions aqueuses

Une solution est un mélange.
Le solvant est le composant majoritaire du mélange.
Le soluté est l'espèce qui est dispersée dans le solvant.

La limonade est une solution aqueuse. Les principaux solutés sont le sucre, le \text{CO}_{2} et l'acide citrique.

La concentration en masse (en g·L^-1) d'un soluté est la masse m (en g) de soluté dissous dans le volume V (en L) de la solution.
Exemple : si on dissout 1 g de sel dans 1/2 L de soupe, la concentration en sel de la soupe sera de :\gamma_{\mathrm{sel} }=\dfrac{1}{0\text{,}5}=2 g/L.

La concentration d'un soluté en solution est à distinguer de la masse volumique de la solution. Les deux grandeurs s'expriment parfois dans la même unité mais ne représentent pas la même chose. La masse volumique d'une substance concerne la masse d'un ensemble. La concentration concerne la masse d'un soluté dans un ensemble.

Exemple : concentration en sucre d'un sirop : \gamma_{\text {sucre}}=20 g/L.
Masse volumique du sirop : \rho_{\text {sirop}}=1 \, 180 g/L.

La formule de la concentration peut aussi s'écrire sous la forme : {V=\dfrac{m}{\gamma}} ou {m=\gamma \cdot V.}

• Concentration en masse (en g/L) :
masse de soluté contenue dans un volume de référence de solution.
• Masse volumique :
masse d'une substance (solide, liquide ou gaz) contenue dans un volume de cette substance.

On ne peut dissoudre qu'une quantité limitée de soluté dans un volume de solvant. Lorsque l'on ne peut plus dissoudre de soluté, on dit que la solution est saturée en soluté.

La solubilité est la concentration à partir de laquelle un soluté ne peut plus se dissoudre davantage. La solubilité est donc la concentration maximum d'un soluté dans un solvant donné.

Le soluté semble disparaître dans le solvant. Or, il est toujours là ! Ses éléments constituants sont juste trop petits pour être distingués une fois séparés par le solvant.

Le sel est récolté lorsque l'eau de mer sature en sel dans les marais salants.

La dissolution est la dispersion d'un soluté dans un solvant.

On dissout souvent des solides dans des liquides. On peut aussi dissoudre des gaz.

Exemples : dissolution du sucre dans du thé ou dissolution de dioxyde de carbone pour fabriquer de l'eau gazeuse avec une machine (doc. 3).

Agiter permet d'accélérer la dissolution ainsi que d'homogénéiser la solution finale.

Chauffer permet souvent d'accélérer la dissolution et d'augmenter la solubilité en général. Attention toutefois à ne pas évaporer le solvant !

Exemple : pour faire un chocolat chaud, on chauffe le lait avant d'ajouter du chocolat en poudre. Dans le lait froid, de la poudre reste en surface.

Le dégagement gazeux de \text{CO}_{2} agite la solution.

• Diluer : ajouter du solvant sans ajouter de soluté.
• Dissoudre : disperser un soluté dans un solvant.
• Solution fille : solution obtenue après dilution.
• Solution mère : solution initiale qui va être diluée.
• Trait de jauge : marque ou trait qui indique le volume.

Une dilution est la diminution de la concentration d'une solution par ajout de solvant sans ajout de soluté.

La solution mère est la solution de départ et la solution fille est la solution obtenue après dilution. La solution fille est donc moins concentrée que la solution mère.

Exemple : quand on ajoute de l'eau dans un café pour qu'il soit moins fort, la solution mère est le café fort et la solution fille est le café doux final.

Retrouvez en vidéo la méthode de dilution en pratique.
 

Quelle que soit la technique, la masse de soluté prélevée se retrouve toujours dans la solution préparée.

• Cas de la dissolution : La masse de soluté pesée est égale à celle qui se retrouve en solution : m_{\text {soluté pesé}}=m_{\text {soluté en solution }}=\gamma_{\text {solution}} \cdot V_{\text {solution}}.
• Cas de la dilution : La masse de soluté prélevée dans la solution mère est égale à la masse de soluté contenue dans la solution fille : m_{\text {mère }}=m_{\text {fille }}.
  On a donc : \gamma_{\text {mère }} \cdot V_{\text {mère}}=\gamma_{\text {fille}} \cdot V_{\text {fille}}.

Soit : \dfrac{\gamma_{\text {mère }}}{\gamma_\text{fille }}=\dfrac{V_{\text {fille }}}{V_{\text {mère}}}=F= facteur de dilution.

• Attention à la lecture du volume avec une fiole jaugée : l'œil doit être bien placé à l'horizontale à la hauteur du bas du ménisque.
  
  
  
  
  
• Prélever la solution qui est au-dessus du trait de jauge, même sans avoir agité, revient à enlever du soluté en plus du solvant. La concentration ne sera plus celle souhaitée.
• Attention aux traits de jauge des pipettes : certaines en ont deux (volume mesuré entre les deux traits) et d'autres n'en n'ont qu'un (vider la pipette pour avoir le volume souhaité) !

Lorsqu'une espèce colorée est diluée, sa couleur devient plus claire (doc. 4). En préparant une série de solutions de concentrations connues d'une même espèce colorée (appelée échelle de teintes), on peut ensuite comparer avec la couleur d'une solution de concentration inconnue et obtenir un encadrement de sa valeur.

Exemple : avec des solutions de permanganate de potassium :


On obtient 0,01 g/L \leq \gamma_{\mathrm {T}} \leq 0,04 g/L.

On dilue les aquarelles pour obtenir des nuances de couleurs.

• Courbe d'étalonnage : courbe reliant la concentration à une grandeur physique mesurable.
• Échelle de teintes : série de couleurs dégradées.
• Solution étalon : solution avec une concentration connue.