Concentration en masse d'une solution

Ce qu'il faut comprendre

Imagine que tu veux préparer un sirop de grenadine. Tu verses un peu de sirop concentré dans un verre, puis tu ajoutes de l'eau. Le goût du sirop final dépend de la quantité de sirop concentré que tu as mise par rapport à l'eau. En chimie, on a besoin de décrire précisément cette « force » du sirop : c'est la concentration en masse. Elle permet de savoir combien de grammes de substance (par exemple, le sucre ou le colorant) sont dissous dans un litre de solution. Plus la concentration est grande, plus la solution est « forte ».

Cette notion est très utile dans la vie courante : quand tu prépares une boisson, un médicament liquide, ou même un produit ménager, tu fais varier la concentration. En laboratoire, on prépare des solutions de concentration connue pour réaliser des expériences.

Les notions essentielles

Corps pur, mélange, espèce chimique

Corps pur : substance constituée d'une seule espèce chimique (ex : eau distillée, sucre en poudre).
Mélange : substance constituée de plusieurs espèces chimiques (ex : eau salée, air).
Espèce chimique : ensemble d'entités identiques (atomes, molécules, ions). Ex : H₂O, NaCl.

Solution, solvant, soluté

Solution : mélange homogène obtenu par dissolution d'une espèce chimique (le soluté) dans un liquide (le solvant). Ex : eau salée (soluté : sel, solvant : eau).
Solvant : espèce chimique majoritaire dans la solution.
Soluté : espèce chimique dissoute, minoritaire.

Concentration en masse

Définition : la concentration en masse (notée Cₘ ou parfois C) d'un soluté dans une solution est la masse de soluté dissous par litre de solution.
Formule : [ C_m = \frac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}} ] avec :
- ( C_m ) en g/L (grammes par litre)
- ( m_{\text{soluté}} ) en g (masse du soluté)
- ( V_{\text{solution}} ) en L (volume de la solution)

Masse volumique (rappel)

La masse volumique ρ d'un corps est le rapport de sa masse sur son volume : ρ = m/V. Elle s'exprime souvent en g/L ou g/mL. Attention : la concentration en masse n'est pas la masse volumique ! La masse volumique concerne le corps pur ou le mélange entier, alors que la concentration en masse ne concerne que le soluté.

Dilution

Diluer une solution, c'est ajouter du solvant (souvent de l'eau) pour diminuer sa concentration. La masse de soluté ne change pas, seul le volume augmente.
Relation de dilution : ( C_m^{mère} \times V_{mère} = C_m^{fille} \times V_{fille} ) où mère = solution concentrée de départ, fille = solution diluée obtenue.

Méthode

Calculer une concentration en masse

Identifier la masse de soluté (en g) et le volume total de solution (en L).
Appliquer la formule : ( C_m = \frac{m}{V} ).
Vérifier les unités : si la masse est en g et le volume en L, la concentration est en g/L. Si le volume est en mL, convertis-le en L (1 mL = 0,001 L).

Préparer une solution par dissolution

Peser la masse de soluté nécessaire avec une balance.
Verser le soluté dans une fiole jaugée (ou un récipient gradué).
Ajouter un peu de solvant, agiter pour dissoudre.
Compléter avec du solvant jusqu'au trait de jauge (volume final).
Agiter pour homogénéiser.

Diluer une solution

Calculer le volume de solution mère à prélever : ( V_{mère} = \frac{C_f \times V_f}{C_m} ).
Prélever ce volume avec une pipette (ou une éprouvette).
Verser dans une fiole jaugée de volume V_f.
Compléter avec du solvant jusqu'au trait de jauge.
Agiter.

Exemple corrigé

Énoncé : On dissout 5,0 g de sucre dans de l'eau pour obtenir 250 mL de solution. Calcule la concentration en masse du sucre dans cette solution.

Correction :

Données : m = 5,0 g ; V = 250 mL = 0,250 L (car 1 L = 1000 mL, donc 250/1000 = 0,250).
Formule : ( C_m = \frac{m}{V} ).
Calcul : ( C_m = \frac{5,0}{0,250} = 20 , \text{g/L} ).
Réponse : La concentration en masse du sucre est de 20 g/L.

Variante dilution : On dispose de 100 mL d'une solution mère de concentration 50 g/L. On veut préparer 500 mL d'une solution fille de concentration 10 g/L. Quel volume de solution mère faut-il prélever ?

Correction :

Relation : ( C_m^{mère} \times V_{mère} = C_m^{fille} \times V_{fille} ).
Données : C_mère = 50 g/L, C_fille = 10 g/L, V_fille = 500 mL = 0,500 L.
Calcul : ( V_{mère} = \frac{C_fille \times V_fille}{C_mère} = \frac{10 \times 0,500}{50} = \frac{5}{50} = 0,100 , \text{L} = 100 , \text{mL} ).
Il faut prélever 100 mL de solution mère.

Erreurs fréquentes

Confondre concentration en masse et masse volumique : la masse volumique concerne le corps pur ou le mélange entier, la concentration en masse ne concerne que le soluté. Exemple : l'eau salée a une masse volumique d'environ 1010 g/L, mais la concentration en masse du sel peut être de 10 g/L.
Oublier de convertir les volumes : si le volume est en mL, il faut le convertir en L (diviser par 1000) avant d'utiliser la formule.
Inverser la formule de dilution : vérifie toujours que ( C_m^{mère} > C_m^{fille} ), donc ( V_{mère} < V_{fille} ).
Croire que la masse change lors d'une dilution : non, la masse de soluté reste la même, seul le volume augmente.

À retenir

Concentration en masse : ( C_m = \frac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}} ) en g/L.
Une solution est un mélange homogène d'un soluté dans un solvant.
Diluer, c'est ajouter du solvant : la masse de soluté ne change pas.
Relation de dilution : ( C_m^{mère} \times V_{mère} = C_m^{fille} \times V_{fille} ).
Toujours vérifier les unités (volume en L).

Pour s'entraîner

Maintenant que tu as compris le cours, tu peux t'entraîner avec les exercices et quiz disponibles sur AlloSeconde. Tu trouveras des fiches de révision et des exercices interactifs pour maîtriser la concentration en masse et la dilution. Bon courage !