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Calcul des concentrations avec des unités et des dilutions

Calcul des concentrations avec des unités et des dilutions

Le calcul de la concentration d'une solution chimique est une compétence de base que tous les étudiants en chimie doivent développer au début de leurs études. Qu'est ce que la concentration? La concentration fait référence à la quantité de soluté qui est dissoute dans un solvant. Nous considérons normalement un soluté comme un solide ajouté à un solvant (par exemple, en ajoutant du sel de table à de l’eau), mais le soluté peut facilement exister dans une autre phase. Par exemple, si nous ajoutons une petite quantité d'éthanol à l'eau, alors l'éthanol est le soluté et l'eau le solvant. Si nous ajoutons une plus petite quantité d'eau à une plus grande quantité d'éthanol, alors l'eau pourrait être le soluté!

Comment calculer les unités de concentration

Une fois que vous avez identifié le soluté et le solvant dans une solution, vous êtes prêt à déterminer sa concentration. La concentration peut être exprimée de différentes manières, en utilisant composition en pourcentage en masse, pourcentage en volume, fraction molaire, molarité, molalité, ou normalité.

  1. Composition en pourcentage en masse (%)Il s'agit de la masse du soluté divisée par la masse de la solution (masse du soluté plus la masse du solvant), multipliée par 100.
    Exemple:

    Déterminez la composition en pourcentage en masse d'une solution de sel de 100 g contenant 20 g de sel.
    Solution:

    20 g de NaCl / 100 g de solution x 100 = solution de NaCl à 20%
  2. Volume en pourcentage (% v / v) Le pourcentage en volume ou volume / volume en volume est le plus souvent utilisé lors de la préparation de solutions liquides. Le pourcentage en volume est défini comme suit:
    v / v% = (volume de soluté) / (volume de solution) x 100%
    Notez que le pourcentage en volume est relatif au volume de la solution, pas au volume de solvant. Par exemple, le vin contient environ 12% v / v d'éthanol. Cela signifie qu'il y a 12 ml d'éthanol pour chaque 100 ml de vin. Il est important de réaliser que les volumes de liquide et de gaz ne sont pas nécessairement additifs. Si vous mélangez 12 ml d'éthanol et 100 ml de vin, vous obtiendrez moins de 112 ml de solution.
    Comme autre exemple, on peut préparer de l'alcool à friction à 70% v / v en prenant 700 ml d'alcool isopropylique et en ajoutant suffisamment d'eau pour obtenir 1000 ml de solution (qui ne sera pas 300 ml).
  3. Fraction molaire (X) Il s'agit du nombre de moles d'un composé divisé par le nombre total de moles de toutes les espèces chimiques dans la solution. N'oubliez pas que la somme de toutes les fractions molaires d'une solution est toujours égale à 1.
    Exemple:
    Quelles sont les fractions molaires des composants de la solution formée lorsque 92 g de glycérol sont mélangés à 90 g d'eau? (poids moléculaire eau = 18; poids moléculaire du glycérol = 92)
    Solution:

    90 g d'eau = 90 g x 1 mol / 18 g = 5 mol d'eau
    92 g de glycérol = 92 g x 1 mol / 92 g = 1 mol de glycérol
    total mol = 5 + 1 = 6 mol
    Xl'eau = 5 mol / 6 mol = 0,833
    X glycérol = 1 mol / 6 mol = 0,167
    C'est une bonne idée de vérifier vos calculs en vous assurant que les fractions de taupes totalisent 1:
    Xl'eau + xglycérol = .833 + 0.167 = 1.000
  4. Molarité (M) La molarité est probablement l'unité de concentration la plus utilisée. C'est le nombre de moles de soluté par litre de solution (pas nécessairement le même que le volume de solvant!).
    Exemple:

    Quelle est la molarité d'une solution préparée lorsque de l'eau est ajoutée à 11 g de CaCl2 faire 100 ml de solution? (Le poids moléculaire de CaCl2 = 110)
    Solution:

    11 g de CaCl2 / (110 g de CaCl2 / mol CaCl2) = 0,10 mol CaCl2
    100 mL x 1 L / 1000 mL = 0,10 L
    molarité = 0,10 mol / 0,10 L
    molarité = 1,0 M
  5. Molalité (m) La molalité est le nombre de moles de soluté par kilogramme de solvant. Étant donné que la densité de l'eau à 25 ° C est d'environ 1 kilogramme par litre, la molalité est approximativement égale à la molarité pour les solutions aqueuses diluées à cette température. C'est une approximation utile, mais rappelez-vous qu'il ne s'agit que d'une approximation et qu'elle ne s'applique pas lorsque la solution est à une température différente, n'est pas diluée ou utilise un solvant autre que de l'eau.
    Exemple:
    Quelle est la molalité d'une solution de 10 g de NaOH dans 500 g d'eau? (Le poids moléculaire de NaOH est 40)
    Solution:

    10 g de NaOH / (40 g de NaOH / 1 mol de NaOH) = 0,25 mol de NaOH
    500 g d'eau x 1 kg / 1000 g = 0,50 kg d'eau
    molalité = 0,25 mol / 0,50 kg
    molalité = 0,05 M / kg
    molalité = 0,50 m
  6. Normalité (N) La normalité est égale à la gramme équivalent en poids d'un soluté par litre de solution. Un poids équivalent gramme ou équivalent est une mesure de la capacité de réaction d'une molécule donnée. La normalité est la seule unité de concentration qui dépend de la réaction.
    Exemple:

    Acide sulfurique 1 M (H2ALORS4) est égal à 2 N pour les réactions acide-base car chaque mole d’acide sulfurique fournit 2 moles de H+ les ions. D'autre part, l'acide sulfurique 1 M est égal à 1 N pour la précipitation des sulfates, car 1 mole d'acide sulfurique fournit 1 mole d'ions sulfate.
  7. Grammes par litre (g / L)
    C'est une méthode simple de préparation d'une solution à base de grammes de soluté par litre de solution.
  8. Formalité (F)
    Une solution formelle est exprimée en unités de poids de formule par litre de solution.
  9. Parties par million (ppm) et parties par milliard (ppb)Utilisés pour les solutions extrêmement diluées, ces unités expriment le rapport en parties de soluté par million de parties de la solution ou par milliard de parties d'une solution.
    Exemple:

    Un échantillon d'eau contient 2 ppm de plomb. Cela signifie que pour chaque million de pièces, deux d’entre elles sont en plomb. Ainsi, dans un échantillon d'eau d'un gramme, deux millions de grammes seraient utilisés. Pour les solutions aqueuses, la densité de l'eau est supposée être de 1,00 g / ml pour ces unités de concentration.

Comment calculer les dilutions

Vous diluez une solution chaque fois que vous ajoutez du solvant à une solution. L'ajout de solvant résulte en une solution de concentration inférieure. Vous pouvez calculer la concentration d'une solution à la suite d'une dilution en appliquant cette équation:

MjeVje = MFVF

où M est la molarité, V le volume et les indices i et f se rapportent aux valeurs initiale et finale.

Exemple:
Combien de millilitres de NaOH 5,5 M sont nécessaires pour préparer 300 ml de NaOH 1,2 M?

Solution:
5,5 M x V1 = 1,2 M x 0,3 L
V1 = 1,2 M x 0,3 L / 5,5 M
V1 = 0,065 L
V1 = 65 ml

Donc, pour préparer la solution de 1,2 M de NaOH, vous versez 65 ml de NaOH 5,5 M dans votre récipient et vous ajoutez de l’eau pour obtenir 300 ml de volume final.