Moyens de concentration chimique pour l'exprimer, unités, molarité et molarité

Le concentration chimique est la mesure numérique de la quantité relative de soluté dans une solution. Cette mesure exprime une relation du soluté par rapport à une quantité ou à un volume du solvant ou de la solution en unités de concentration. Le terme «concentration» est lié à la quantité de soluté présent: une solution sera d'autant plus concentrée que le soluté sera en solution.

Ces unités peuvent être physiques lorsque les grandeurs de masse et / ou de volume des composants de la solution ou des produits chimiques sont prises en compte, lorsque la concentration du soluté est exprimée en termes de moles ou équivalents, en prenant le numéro d'Avogadro comme référence.

Ainsi, en utilisant des poids moléculaires ou atomiques et le nombre d'Avogadro, il est possible de convertir les unités physiques en unités chimiques lors de l'expression de la concentration d'un certain soluté. Par conséquent, toutes les unités peuvent être converties pour la même solution.

Index

• 1 Solutions diluées et concentrées
• 2 façons d'exprimer la concentration
  • 2.1 Description qualitative
  • 2.2 Classification par solubilité
  • 2.3 Notation quantitative
• 3 unités de concentration
  • 3.1 Unités de concentration relative
  • 3.2 Unités de concentration diluée
  • 3.3 Unités de concentration basées sur des grains de beauté
  • 3.4 Formalité et normalité
• 4 Molarité
  • 4.1 Exercice 1
  • 4.2 Exercice 2
• 5 Normalité
  • 5.1 Calcul
  • 5.2 Exercice 1
• 6 Molality
  • 6.1 Exercice 1
• 7 Recommandations et notes importantes sur la concentration chimique
  • 7.1 Le volume de la solution est toujours supérieur à celui du solvant
  • 7.2 Utilité de la molarité
  • 7.3 Les formules ne sont pas mémorisées mais les unités ou définitions sont
• 8 références

Solutions diluées et concentrées

Comment savoir si une concentration est très diluée ou concentrée? À première vue, par la manifestation de ses propriétés organoleptiques ou chimiques; c'est-à-dire ceux qui perçoivent les sens ou qui peuvent être mesurés.

L’image supérieure montre une dilution d’une concentration de dichromate de potassium (K₂Cr₂O₇), qui présente une couleur orange. De gauche à droite, vous pouvez voir comment la couleur diminue son intensité à mesure que la concentration est diluée, ajoutant plus de solvant.

Cette dilution permet d’obtenir ainsi une concentration diluée à partir d’une concentration concentrée. La couleur (et les autres propriétés "cachées" dans son sein orange) change de la même manière que sa concentration, soit avec des unités physiques ou chimiques.

Mais quelles sont les unités de concentration chimique? Parmi celles-ci figurent la molarité ou la concentration molaire d'une solution, qui relie les moles de soluté au volume total de la solution en litres.

La molalité est également connue sous le nom de concentration molaire, qui se réfère aux moles de soluté mais qui sont contenues dans une quantité normalisée du solvant ou du solvant qui est exactement un kilogramme.

Ce solvant peut être pur ou si la solution contient plus d'un solvant, la molalité sera les moles du soluté par kilogramme du mélange de solvants.

Et la troisième unité de concentration chimique est la normalité ou la concentration normale d'une solution qui exprime le nombre d'équivalents chimiques du soluté par litre de solution.

L'unité dans laquelle la normalité est exprimée est en équivalents par litre (Eq / L) et en médecine, la concentration d'électrolytes dans le sérum humain est exprimée en milliéquivalents par litre (mEq / L).

Façons d'exprimer sa concentration

La concentration d'une solution peut être notée de trois manières principales, même si elles ont une grande variété de termes et d'unités en elles-mêmes, qui peuvent être utilisées pour exprimer la mesure de cette valeur: description qualitative, notation quantitative et classification en termes de solubilité.

Selon la langue et le contexte dans lequel vous travaillez, vous choisirez l'une des trois façons d'exprimer la concentration d'un mélange.

Description qualitative

Utilisée principalement dans un langage informel et non technique, la description qualitative de la concentration d'un mélange s'exprime sous la forme d'adjectifs, qui indiquent de manière généralisée le niveau de concentration qu'une solution possède.

De cette manière, le niveau minimum de concentration selon la description qualitative est celui d’une solution "diluée" et le maximum est "concentré".

Nous parlons de solutions diluées lorsqu'une solution contient une très faible proportion de soluté en fonction du volume total de la solution. Si vous souhaitez diluer une solution, vous devez ajouter une plus grande quantité de solvant ou chercher des moyens de réduire le soluté.

On parle maintenant de solutions concentrées lorsqu'elles ont une forte proportion de soluté en fonction du volume total de solution. Pour concentrer une solution, ajoutez plus de soluté ou réduisez la quantité de solvant.

En ce sens, la description qualitative est appelée cette classification, non seulement parce qu'elle manque de mesures mathématiques, mais aussi pour sa qualité empirique (qui peut être attribuée aux caractéristiques visuelles, aux odeurs et aux goûts, sans nécessité de preuves scientifiques).

Classification par solubilité

La solubilité d'une concentration indique la capacité maximale du soluté en solution, en fonction de conditions telles que la température, la pression et les substances dissoutes ou en suspension.

Les solutions peuvent être classées en trois types en fonction de leur niveau de soluté dissous au moment de la mesure: des solutions insaturées, saturées et sursaturées.

- Les solutions insaturées sont celles qui contiennent une quantité de soluté inférieure à celle qui peut dissoudre la solution. Dans ce cas, la solution n'a pas atteint sa concentration maximale.

- Les solutions saturées sont celles dans lesquelles la quantité maximale de soluté a été dissoute dans le solvant à une température spécifique. Dans ce cas, il existe un équilibre entre les deux substances et la solution ne peut accepter plus de soluté (car il se produira une précipitation).

- Les solutions sursaturées ont plus de soluté que ce que la solution accepterait dans des conditions d’équilibre. Ceci est réalisé en chauffant une solution saturée, en ajoutant plus de soluté que la normale. Une fois froid, il ne précipitera pas le soluté automatiquement, mais toute perturbation peut provoquer cet effet en raison de son instabilité.

Notation quantitative

Au moment d’étudier une solution à utiliser dans le domaine technique ou scientifique, elle exige une précision mesurée et exprimée en unités, qui décrivent la concentration en fonction de ses valeurs exactes de masse et / ou de volume.

C'est pourquoi une série d'unités est utilisée pour exprimer la concentration d'une solution dans sa notation quantitative, qui est divisée en physique et en chimie, et qui à leur tour ont leurs propres subdivisions.

Les unités de concentration physique sont celles de "concentration relative", exprimées en pourcentage. Il y a trois façons d'exprimer les concentrations en pourcentage: les pourcentages de masse, les pourcentages de volume et les pourcentages de masse-volume.

En revanche, les unités de concentrations chimiques sont basées sur les quantités molaires, équivalentes par gramme, parties par million et autres caractéristiques du soluté par rapport à la solution.

Ces unités sont les plus courantes en raison de leur grande précision lors de la mesure des concentrations et, pour cette raison, elles sont généralement celles que vous souhaitez connaître pour travailler avec des solutions chimiques.

Unités de concentration

Comme décrit dans les sections précédentes, au moment de caractériser quantitativement la concentration d'une solution, les calculs devraient être régis par les unités existantes à cette fin.

En outre, les unités de concentration sont divisées en celles de concentration relative, celles de concentrations diluées, celles basées sur les moles et autres.

Unités de concentration relative

Les concentrations relatives sont celles exprimées en pourcentage, comme indiqué dans la section précédente. Ces unités sont divisées en pourcentage masse-masse, pourcentage volume-volume et pourcentage masse-volume et sont calculées comme suit:

-% masse = masse de soluté (g) / masse de solution totale (g) x 100

-% volume = volume de soluté (ml) / volume de solution totale (ml) x 100

-% masse / volume = masse de soluté (g) / volume de solution totale (ml) x 100

Dans ce cas, pour calculer la masse ou le volume de la dissolution totale, il faut ajouter la masse ou le volume du soluté à celui du solvant.

Unités de concentration diluée

Les unités de concentration diluée sont celles qui sont utilisées pour exprimer les très petites concentrations sous forme de traces dans une solution diluée; l'utilisation la plus commune présentée à ces unités est de trouver des traces d'un gaz dissous dans un autre, comme les agents polluants de l'air.

Ces unités sont indiquées sous forme de parties par million (ppm), de parties par milliard (ppb) et de parties par billion (ppt) et sont exprimées comme suit:

- ppm = 1 mg de soluté / 1 L de solution

- ppb = 1 µg soluté / solution 1 L

- ppt = 1 ng de soluté / 1 L de solution

Dans ces expressions, mg est égal à milligrammes (0,001 g), μg est égal à microgrammes (0,000001 g) et ng est égal à nanogrammes (0,000000001 g). Ces unités peuvent également être exprimées en termes de volume / volume.

Unités de concentration en moles

Les unités de concentration basées sur les taupes sont celles de la fraction molaire, du pourcentage molaire, de la molarité et de la molalité (ces deux dernières sont mieux décrites à la fin de l'article).

La fraction molaire d'une substance est la fraction de toutes ses molécules constitutives (ou atomes) en fonction des molécules ou des atomes totaux. Il est calculé comme suit:

X_Un = nombre de moles de substance A / nombre total de moles en solution

Cette procédure est répétée pour les autres substances en solution, en tenant compte du fait que la somme de X_Un + X_B + X_C ... doit être égal à un.

Le pourcentage molaire fonctionne de la même manière que X_Un, seulement en fonction du pourcentage:

Pourcentage molaire de A = X_Un x 100%

Dans la section finale, la molarité et la molalité seront discutées en détail.

Formalité et normalité

Enfin, deux unités de concentration sont actuellement en désuétude: formalité et normalité.

La formalité d'une solution représente le nombre poids-formule-gramme par litre de solution totale. Il est exprimé comme:

F = Non. Solution P.F.G / L

Dans cette expression, P.F.G est égal au poids de chaque atome de la substance, exprimé en grammes.

En revanche, la normalité représente le nombre d'équivalents en soluté divisé par le nombre de litres de solution, comme indiqué ci-dessous:

N = équivalent grammes de solution de soluté / L

Dans cette expression, les grammes équivalents de soluté peuvent être calculés par le nombre de moles H⁺, OH^- ou d'autres méthodes, en fonction du type de molécule.

La molarité

La concentration molaire ou molaire d'un soluté est l'unité de concentration chimique qui exprime ou concerne les moles du soluté (n) contenues dans un (1) litre (L) de la solution.

La molarité est désignée par la lettre majuscule M et, pour déterminer les moles du soluté (n), les grammes du soluté (g) sont divisés par le poids moléculaire (PM) du soluté.

En outre, le poids moléculaire PM du soluté est obtenu à partir de la somme des poids atomiques (PA) ou de la masse atomique des éléments chimiques, en tenant compte de la proportion dans laquelle ils sont combinés pour former le soluté. Ainsi, différents solutés ont leurs propres MP (bien que ce ne soit pas toujours le cas).

Ces définitions sont résumées dans les formules suivantes utilisées pour effectuer les calculs correspondants:

Molarité: M = n (moles de soluté) / V (litre de solution)

Nombre de moles: n = g de soluté / PM de soluté

Exercice 1

Calculer la molarité d'une solution préparée avec 45 g de Ca (OH)₂ dissous dans 250 ml d'eau.

La première chose à calculer est le poids moléculaire de Ca (OH)₂ (hydroxyde de calcium). Selon sa formule chimique, le composé est un cation calcium et deux anions oxydes. Ici, le poids d'un électron inférieur ou supérieur à l'espèce est négligeable, de sorte que les poids atomiques sont pris:

Le nombre de moles du soluté sera alors:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mole de Ca (OH)₂

On obtient 0,61 mole du soluté mais il est important de se rappeler que ces moles sont dissoutes dans 250 ml de solution. Comme la définition de la molarité est moles dans un litre ou 1000 ml, puis une règle simple de trois doit être faite pour calculer les moles qui sont dans 1000 ml de ladite solution

Si dans 250 mL de solution il y a => 0,61 mole de soluté

Dans 1000 mL de solution => x Combien de moles y a-t-il?

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Une autre façon

L'autre façon d'obtenir les taupes pour appliquer la formule exige que vous preniez les 250 ml en litres, en appliquant également une règle de trois:

Si 1000 ml => 1 litre

250 ml => x Combien de litres y a-t-il?

x = (250 ml) (1 l) / 1000 ml

x = 0,25 l

En substituant alors dans la formule de molarité:

M = (0,61 mole de soluté) / (0,25 L de solution)

M = 2,44 mol / l

Exercice 2

Qu'est-ce que cela signifie si une solution de HCl est de 2,5 M?

La solution d'HCl est de 2,5 molaires, ce qui signifie qu'un litre contient 2,5 moles d'acide chlorhydrique dissous.

La normalité

La normalité ou la concentration équivalente est l'unité de concentration chimique des solutions désignée par la lettre majuscule N. Cette unité de concentration indique la réactivité du soluté et est égale au nombre d'équivalents de soluté (Eq) entre le volume de la solution exprimé en litres.

N = Eq / L

Le nombre d'équivalents (Eq) est égal aux grammes de soluté entre le poids équivalent (PEq).

Eq = g soluté / PEq

Le poids équivalent, ou aussi appelé équivalent-gramme, est calculé en obtenant le poids moléculaire du soluté et en le divisant par un facteur équivalent qui, aux fins de la synthèse dans l'équation, s'appelle le zêta-delta (AZ).

PEq = PM / ΔZ

Calcul

Le calcul de la normalité aura une variation très spécifique du facteur équivalent ou ΔZ, qui dépend également du type de réaction chimique auquel le soluté ou l’espèce réactive participe. Certains cas de cette variation peuvent être mentionnés ci-dessous:

-Quand il s'agit d'un acide ou d'une base, ΔZ ou le facteur équivalent, il sera égal au nombre d'ions hydrogène (H⁺)  ou OH OH^- avoir le soluté. Par exemple, l'acide sulfurique (H₂SO₄) a deux équivalents car il a deux protons acides.

-Quand il s'agit de réactions d'oxydo-réduction ΔZ, cela correspondra au nombre d'électrons impliqués dans le processus d'oxydation ou de réduction en fonction du cas spécifique. Ici intervient l'équilibrage des équations chimiques et la spécification de la réaction.

-Aussi, ce facteur équivalent ou ΔZ correspondra au nombre d'ions qui précipitent dans les réactions classées comme précipitation.

Exercice 1

Déterminer la normalité de 185 g de Na₂SO₄ qui sont dans 1,3 L de solution.

Le poids moléculaire du soluté de cette solution sera calculé en premier:

La deuxième étape consiste à calculer le facteur équivalent ou ΔZ. Dans ce cas, comme le sulfate de sodium est un sel, la valence ou la charge du cation ou du métal Na⁺, qui sera multiplié par 2, qui est l'indice de la formule chimique du sel ou du soluté:

Na₂SO₄ => ΔZ = cation de Valence x sous-index

ΔZ = 1 x 2

Pour obtenir le poids équivalent, il est remplacé dans son équation respective:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 Eq / mol)

PEq = 71,02 g / éq

Et puis vous pouvez procéder au calcul du nombre d'équivalents, en recourant à nouveau à un autre calcul simple:

Eq = (185 g) / (71,02 g / éq)

Nombre d'équivalents = 2,605 Eq

Enfin, avec toutes les données nécessaires, la normalité est maintenant calculée en substituant selon sa définition:

N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

Molality

Molality est désigné par la lettre minuscule m et est égal aux moles de soluté présentes dans un (1) kilogramme de solvant. Elle est également appelée concentration molaire et est calculée par la formule suivante:

m = moles de soluté / kg de solvant

Bien que molarité établit le rapport des moles de soluté contenu dans un (1) litre de la solution, la molalité concerne moles de soluté existent dans un (1) kg de solvant.

Lorsque la solution est préparée avec un solvant sur la molalité exprimée en moles de soluté par kilogramme de mélange de solvants.

Exercice 1

Déterminer la molalité d’une solution préparée en mélangeant 150 g de saccharose (C₁₂H₂₂0₁₁) avec 300 g d'eau.

Le poids moléculaire du saccharose est déterminé en premier pour procéder au calcul des moles du soluté de cette solution:

Le nombre de moles de saccharose est calculé:

n = (150g de saccharose) / (342.109 g / mol)

n = 0,438 mole de saccharose

Ensuite, les grammes de solvant sont pris en kilogrammes pour pouvoir appliquer la formule finale.

En remplaçant ensuite:

m = 0,438 mole de saccharose / 0,3 kilogramme d'eau

m = 1,46 mol C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Bien qu'il y ait débat sur l'expression finale d'aujourd'hui molalidad, ce résultat peut aussi être exprimée sous la forme:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ ou 1.26 molal

Il est considéré comme avantageux dans certains cas, pour exprimer la concentration de la solution en termes de molalité, comme la masse de soluté et le solvant a pas eu de légères fluctuations ou des changements inapparents pour effets de la température ou de la pression; comme dans les solutions au soluté gazeux.

En outre, il est noté que cette unité de concentration se réfère à un soluté spécifique est inchangé par la présence d'autres solutés dans la solution.

Recommandations et notes importantes sur la concentration chimique

Le volume de la solution est toujours supérieur à celui du solvant

Comme les exercices sont résolus des solutions l'erreur d'interpréter le volume d'une solution comme le solvant se fait sentir. Par exemple, si un gramme de chocolat en poudre est dissous dans un litre d'eau, le volume de la solution est égal au litre d'eau.

Pourquoi pas? Parce que le soluté occupera toujours un espace entre les molécules de solvant. Lorsque le solvant a une forte affinité pour le soluté, le changement de volume après dissolution peut être risible ou négligeable.

Mais, sinon, et plus encore si la quantité de soluté est importante, il faut tenir compte du changement de volume. Etre ainsi: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Ce n'est que dans les solutions diluées ou lorsque les quantités de soluté sont faibles que Vsolvente = Vsolución.

Cette erreur doit être gardée à l'esprit, en particulier lorsque vous travaillez avec des solutés liquides. Par exemple, si au lieu d'être dissous poudre de chocolat au miel est dissous dans l'alcool, le volume global de miel ont des effets importants sur le volume total de la solution.

Par conséquent, dans ces cas, le volume du soluté doit être ajouté à celui du solvant.

Utilité de la molarité

-Les savoir la molarité d'une solution concentrée permet les calculs de dilution à l'aide de la formule simple M1V1 = M2V2 où M1 correspond à la molarité de la solution initiale M2 et la molarité de la solution à préparer à partir de la solution avec M1.

La connaissance de la molarité d'une solution peut être facilement calculée Normalité de la même par la formule suivante: Normalité nombre équivalent x = M

Les formules ne sont pas mémorisées mais les unités ou définitions sont

Cependant, la mémoire ne parvient parfois pas à mémoriser toutes les équations pertinentes aux calculs de concentration. Pour cela, il est très utile de définir clairement chaque concept.

De la définition, les unités sont écrites en utilisant le facteurs de conversion pour exprimer celles qui correspondent à ce que vous voulez déterminer.

Par exemple, si vous avez la molalité et que vous voulez la convertir en normalité, procédez comme suit:

(mole / kg de solvant) x (kg / 1000 g) (g de solvant / ml) (ml de solution de solvant / ml) (1000 ml / l) (Eq / mol)

Notez que (g solvant / ml) est la densité du solvant. Le terme (ml de solution de solvant / ml) désigne la quantité de volume de la solution correspondant effectivement au solvant. Dans de nombreux exercices, ce dernier terme est égal à 1, pour des raisons pratiques, bien que ce ne soit jamais totalement vrai.

Références 

1. Chimie d'introduction-1^st Édition canadienne. Unités quantitatives de concentration. Chapitre 11 Solutions. Tiré de: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Concentration équivalente Tiré de: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Qu'est-ce que la molarité? Tiré de: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie (8ème éd.). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Solutions aqueuses-Molarité. Tiré de: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Exemples de normalité. Extrait de: quimicas.net.