2nde. B2. Solutions

Les élèves doivent savoir
  • Savoir qu’une solution peut contenir des molécules ou des ions.
  • Connaître et exploiter l’expression des concentrations massique et molaire d’une espèce moléculaire ou ionique dissoute.
  • Prélever une quantité de matière d’une espèce chimique donnée.
  • Élaborer ou mettre en œuvre un protocole de dissolution, de dilution.
  • Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce (échelle de teintes, méthode par comparaison).

Mise en situation

Madame X est de retour chez son médecin car son fils a fait une chute à vélo et s’est ouvert le genou. Son médecin lui indique que ce n’est pas très grave et lui propose de désinfecter la plaie à l’aide d’eau de Dakin, un antiseptique de couleur rose. Madame X n’a pas envie de retourner acheter un nouveau flacon d’eau de Dakin car elle en possède une bouteille dans son armoire à pharmacie. Avant de l’utiliser sur son fils elle souhaite tout de même s’assurer que la qualité de son eau de Dakin est suffisante. Comme s’y prendre ?

Déterminer la concentration d’une solution

Les solutions peuvent contenir des molécules ou des ions. Dans le cas de Madame X, l’eau de Dakin contient du permanganate de potassium qui a la particularité de colorer les solutions en rose. La coloration d’une solution va dépendre de sa concentration :

variation concentration

Pour savoir quelle est la concentration d’une solution inconnue on peut donc procéder par comparaison avec une échelle de teintes : on prélève une quantité croissante d’une solution de départ (solution mère) dont on connaît la concentration afin de réaliser plusieurs échantillons de solutions de concentrations croissantes (solutions filles).

Exemple : Pour des solutions de permanganate de potassium, on peut réaliser 7 tubes à essai à partir de solutions de plus en plus diluées afin de réaliser une échelle de teintes.

echelle teinte KMNO4

Méthode de dilution

Pour diluer une solution de concentration donnée on rajoute du solvant à la solution initiale. Mais la quantité de matière du soluté de change pas. Il en résulte que :

concmasssol2

Il est donc aisé de déterminer la concentration d’une solution diluée que l’on prépare de la façon suivante :

  1. On prélève un volume VM de la solution mère à l’aide d’une pipette jaugée équipée d’un pipeteur (poire à pipeter ou pipeteur à molette).
  2. On verse ce volume dans une fiole jaugée
  3. On verse de l’eau distillée (pure) jusqu’au trois quart de la fiole jaugée
  4. On ferme la fiole à l’aide de son bouchon et on agite pour bien mélanger l’eau et la solution de départ
  5. On complète le volume de la fiole jaugée avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge en gardant bien l’œil en face de celui-ci.
  6. On rebouche la fiole et on homogénéise bien le mélange

Dans l’exemple du schéma de l’échelle de teintes ci dessus, et en partant d’une solution mère de concentration CM=100 mg.L-1 de permanganate de potassium, on obtient les concentrations suivantes pour les solutions filles (dont le volume est de 50 mL):

Volume de solution mère VM en mL 1 2 3 4 5 6 8
Concentration massique de la solution fille en mg.L-1 2 4 6 8 10 12 16

Il suffit ensuite de comparer la teinte de la solution inconnue à celles obtenues sur l’échelle de teinte pour déterminer une valeur approchée de sa concentration massique.

Méthode par comparaison

Si la solution est incolore, il faudra utiliser d’autres méthodes pour définir une échelle de comparaison qui prendra en général l’aspect d’un graphique :

concentration comparaison

On mesure une série de valeurs dépendant de la concentration (masse volumique, densité…) pour des solutions dont la dilution est connue et préparées avec la méthode présentée ci-dessus. Plus de détails vous seront donné en séance de travaux pratiques.

Si les valeurs dépendent de la concentration, elles vont être alignées et on pourra tracer une droite sur le graphique de la valeur en fonction de la concentration.

Il reste alors à déterminer la valeur de la solution inconnue et à lire la valeur de concentration correspondante (flèches sur le graphique ci-dessus).

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