La concentration molaire : définition
La concentration molaire C (en mol/L ou mol·L⁻¹) d'un soluté dans une solution est le nombre de moles de soluté n divisé par le volume V de la solution (en litres) :
C = n / V
ou de façon équivalente : n = C × V
Unité : 1 mol/L = 1 M (molaire). On rencontre aussi mmol/L (millimolaire) en biologie.
Attention : V est le volume de la solution finale, pas le volume de solvant ajouté.
Préparer une solution à partir d'un solide
Protocole (dissolution directe) : 1. Calculer la masse m de soluté à peser : m = n × M = C × V × M (M = masse molaire en g/mol). 2. Peser la masse sur une balance de précision. 3. Dissoudre dans un becher avec une petite quantité d'eau distillée, puis transvaser quantitativement dans une fiole jaugée de volume V. 4. Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge (lecture au ménisque). 5. Boucher et retourner la fiole plusieurs fois pour homogénéiser.
Exemple : préparer 250 mL d'une solution de NaCl à C = 0,100 mol/L. - M(NaCl) = 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol - n = 0,100 × 0,250 = 0,0250 mol - m = 0,0250 × 58,5 = 1,46 g → peser 1,46 g de NaCl
Concentration massique et fraction massique
La concentration massique Cm (en g/L) est définie par Cm = m / V. La relation avec C est :
C = Cm / M
La fraction massique w (sans unité, souvent exprimée en %) est la masse de soluté sur la masse totale de solution : w = m(soluté) / m(solution). Pour passer de w à C :
C = (w × ρ) / M
où ρ est la masse volumique de la solution (en g/L). Ces formules sont utiles pour les solutions commerciales (acide sulfurique concentré, eau oxygénée, etc.) dont l'étiquette donne w et ρ.
Concentration et quantité de matière : exercice guidé
On dispose d'un volume V₁ = 50,0 mL d'une solution d'acide sulfurique de concentration C₁ = 0,500 mol/L.
Quelle est la quantité de matière n(H₂SO₄) dans ce volume ?
n = C × V = 0,500 × 0,0500 = 0,0250 mol
Si l'on prélève 10,0 mL de cette solution, combien de moles d'H₂SO₄ contient le prélèvement ?
n = 0,500 × 0,0100 = 5,00 × 10⁻³ mol = 5,00 mmol
La concentration ne change pas lors du prélèvement, mais la quantité de matière diminue proportionnellement au volume prélevé.