Dilution et préparation d'une solution

Ce qu'il faut comprendre

En chimie, on travaille souvent avec des solutions : par exemple, de l'eau salée ou du sirop de menthe. Mais parfois, la solution qu'on a est trop concentrée pour être utilisée directement. Imagine que tu doives préparer un verre de sirop : tu ne verses pas le sirop pur, tu ajoutes de l'eau pour le diluer. En chimie, c'est pareil : on ajoute du solvant (souvent de l'eau) pour diminuer la concentration d'une solution. Cette opération s'appelle une dilution.

À l'inverse, on peut aussi avoir besoin de préparer une solution à partir d'un corps pur solide (comme du sel) ou d'un liquide pur. On parle alors de préparation d'une solution par dissolution.

Ces techniques sont très utilisées au laboratoire et dans la vie courante (préparer une boisson, diluer un produit ménager, etc.).

Les notions essentielles

Corps pur, mélange, espèce chimique

• Corps pur : substance constituée d'une seule espèce chimique (ex : eau distillée, sel pur).
• Mélange : assemblage de plusieurs corps purs (ex : eau salée, air).
• Espèce chimique : ensemble d'entités identiques (atomes, molécules ou ions).

Solution, solvant, soluté

• Solution : mélange homogène obtenu par dissolution d'un soluté dans un solvant.
• Soluté : espèce chimique dissoute (ex : sel).
• Solvant : espèce chimique majoritaire qui dissout le soluté (ex : eau).

Masse volumique

La masse volumique ρ (rhô) d'un corps pur ou d'une solution est le rapport de sa masse m sur son volume V :

ρ = m / V

Elle s'exprime souvent en g/mL ou en g/L. Pour l'eau, ρ = 1,0 g/mL.

Concentration en masse

La concentration en masse Cm (ou concentration massique) d'un soluté dans une solution est le rapport de la masse de soluté m_soluté sur le volume total de solution V_solution :

Cm = m_soluté / V_solution

Unité courante : g/L.

Dilution

La dilution consiste à ajouter du solvant à une solution mère pour obtenir une solution fille moins concentrée. Lors d'une dilution, la masse de soluté ne change pas :

m_soluté = Cm_mère × V_mère = Cm_fille × V_fille

Donc :

Cm_mère × V_mère = Cm_fille × V_fille

Cette relation permet de calculer le volume de solution mère à prélever.

Facteur de dilution

Le facteur de dilution F est le rapport de la concentration mère sur la concentration fille (ou du volume fille sur le volume mère) :

F = Cm_mère / Cm_fille = V_fille / V_mère

F > 1. Plus F est grand, plus la dilution est importante.

Méthode

Préparer une solution par dissolution (à partir d'un solide)

1. Calculer la masse de soluté nécessaire : m = Cm × V (avec Cm en g/L et V en L).
2. Peser cette masse à l'aide d'une balance et d'une coupelle.
3. Verser le solide dans une fiole jaugée de volume V.
4. Ajouter un peu de solvant (eau distillée) et agiter pour dissoudre.
5. Compléter jusqu'au trait de jauge avec du solvant.
6. Homogénéiser en retournant la fiole.

Diluer une solution

1. Calculer le volume de solution mère à prélever : V_mère = (Cm_fille × V_fille) / Cm_mère.
2. Prélever ce volume avec une pipette jaugée (ou une burette graduée).
3. Verser dans une fiole jaugée de volume V_fille.
4. Ajouter du solvant jusqu'à environ la moitié, agiter.
5. Compléter jusqu'au trait de jauge avec du solvant.
6. Homogénéiser.

Exemple corrigé

Énoncé : On dispose d'une solution mère de glucose de concentration Cm_mère = 50 g/L. On veut préparer 200 mL d'une solution fille de concentration Cm_fille = 10 g/L. Quel volume de solution mère faut-il prélever ?

Correction :

1. Données : Cm_mère = 50 g/L, Cm_fille = 10 g/L, V_fille = 200 mL = 0,200 L.
2. Relation : Cm_mère × V_mère = Cm_fille × V_fille.
3. Calcul : V_mère = (Cm_fille × V_fille) / Cm_mère = (10 × 0,200) / 50 = 2 / 50 = 0,04 L = 40 mL.
4. Réponse : Il faut prélever 40 mL de solution mère.

Vérification : Facteur de dilution F = Cm_mère / Cm_fille = 50/10 = 5. V_fille / V_mère = 200/40 = 5. C'est cohérent.

Erreurs fréquentes

• Confondre concentration en masse et masse volumique : la concentration concerne le soluté dans la solution, la masse volumique concerne la solution entière (ou un corps pur).
• Oublier de convertir les volumes : toujours travailler en litres (L) ou en mL, mais ne pas mélanger les unités dans la formule.
• Utiliser la mauvaise formule : pour une dilution, c'est Cm_mère × V_mère = Cm_fille × V_fille, pas Cm × V = m (celle-ci sert pour la dissolution).
• Ne pas homogénéiser : après dilution ou dissolution, il faut bien mélanger pour que la solution soit homogène.
• Prélever avec une pipette sale : cela peut contaminer la solution.

À retenir

• Une solution est un mélange homogène de soluté et de solvant.
• La concentration en masse Cm = m_soluté / V_solution (en g/L).
• Lors d'une dilution, la masse de soluté ne change pas : Cm_mère × V_mère = Cm_fille × V_fille.
• Le facteur de dilution F = Cm_mère / Cm_fille = V_fille / V_mère.
• Pour préparer une solution par dissolution, on pèse le soluté et on complète avec du solvant dans une fiole jaugée.

Pour s'entraîner

Maintenant que tu as compris le cours, entraîne-toi avec nos exercices interactifs et nos quiz sur AlloSeconde ! Tu trouveras aussi des fiches de révision pour maîtriser la dilution et la préparation de solutions.