Préparer une solution

Une solution est un mélange homogène dans lequel une ou plusieurs espèces sont dissoutes dans un solvant. Une solution aqueuse a l'eau pour solvant. L'espèce dissoute est appelée soluté. Dans une solution de sucre dans l'eau, le sucre est le soluté et l'eau le solvant. Le soluté n'est pas toujours solide au départ : un gaz peut aussi être dissous. Dissoudre ne signifie pas faire disparaître la matière ni la transformer nécessairement en une nouvelle espèce.

La concentration en masse d'un soluté est Cₘ = m/V, où m désigne la masse de ce soluté dissous et V le volume final de solution. Avec m en grammes et V en litres, Cₘ s'exprime en g·L⁻¹. On distingue cette grandeur de la masse volumique, qui rapporte la masse totale de l'échantillon à son volume. Les deux quotients peuvent employer des unités semblables tout en répondant à des questions différentes.

La quantité dissoute a une limite dans des conditions données. La concentration maximale correspond à la limite de dissolution du soluté étudié à une température fixée. Si un solide reste présent après une agitation suffisante, la solution peut être saturée ; il faut vérifier les conditions plutôt que supposer que tout le solide a été dissous. Chauffer ou changer le solvant peut modifier la situation. La concentration se calcule avec la masse effectivement dissoute, pas automatiquement avec toute la masse versée.

La dissolution permet de préparer une solution en introduisant une masse connue de soluté dans un solvant. Pour un solide, on choisit une balance adaptée et une fiole jaugée correspondant au volume final. La balance est tarée avec la coupelle ; le solide est pesé sans remettre un excès dans le flacon d'origine. Un transfert quantitatif vise à ne pas perdre de soluté entre la pesée et la fiole : la coupelle et l'entonnoir sont rincés avec un peu de solvant.

La fiole jaugée sert à préparer un volume final connu ; un bécher sert surtout à contenir, mélanger ou transvaser. Une éprouvette donne un volume avec une qualité de mesure différente. Le choix du matériel dépend de l'objectif et de sa tolérance. Même avec une fiole, la concentration n'est pas mathématiquement exacte : la pesée, le transfert et le volume comportent des incertitudes. Une perte de solide tend à diminuer la concentration ; un dépassement du trait augmente le volume et diminue aussi la concentration.

Pour comparer la verrerie, on peut peser plusieurs volumes d'eau prélevés indépendamment avec chaque instrument, dans les mêmes conditions. La relation entre masse et volume repose sur une masse volumique de référence adaptée à la température. Les séries obtenues permettent de comparer moyenne et dispersion. Un instrument affichant un volume très stable peut néanmoins présenter un décalage : la répétabilité et la proximité de la valeur attendue doivent être discutées séparément.

Diluer consiste à ajouter du solvant à un prélèvement de solution pour obtenir une solution moins concentrée. La solution initiale est la solution mère ; la solution obtenue est la solution fille. Si le soluté ne réagit pas et n'est pas perdu, sa masse dans le prélèvement est égale à celle de la solution fille. On écrit alors Cₘ,mère × Vprélevé = Cₘ,fille × Vfille. Cette conservation porte sur le prélèvement, pas sur tout le flacon de solution mère.

On verse un peu de solution mère dans un bécher, puis on rince la pipette avec cette solution si le protocole le demande. On prélève le volume nécessaire à l'aide de la propipette, on le transfère dans la fiole, puis on complète avec l'eau distillée et on homogénéise. La fiole peut être rincée à l'eau distillée avant dilution, car ce solvant fait partie du volume final ajusté. Une pipette contenant de l'eau résiduelle peut au contraire diluer le prélèvement de solution mère.

Une gamme d'étalonnage rassemble des solutions de concentrations connues. Une propriété mesurée ou une teinte peut permettre de comparer une solution inconnue à cette gamme, dans les mêmes conditions. Pour une échelle de teinte, on utilise la même espèce colorée, des récipients comparables et des conditions d'observation identiques. Une estimation entre deux étalons donne un encadrement ; elle ne doit pas être présentée comme un résultat plus précis que la comparaison ne le permet.