Comment calculer la concentration d'une solution

En chimie, la concentration d’une solution est la quantité de matière soluble, aussi appelée soluté, dissoute dans une autre matière dissolvante, aussi appelée solvant. La formule classique de la concentration est la suivante : $C={\frac {m}{V}}$ , dans laquelle $C$ est la concentration, $m$ la masse du soluté dissout et $V$ le volume total de la solution. Pour une solution faiblement concentrée, l’unité la mieux adaptée est les parts par million (ppm). En laboratoire, il vous sera peut-être demandé d’en passer par la molarité, aussi appelée concentration molaire, de la solution.

Méthode 1

Méthode 1 sur 3:
Utiliser la formule de la densité

1
Trouvez la masse du soluté dissout dans le solvant. Le soluté est la substance que vous avez ajoutée à votre solvant pour obtenir une solution. Si l’on vous donne la masse du soluté dans l’exercice, alors il vous suffit de la recopier en n’oubliant pas l’unité. Sinon, vous allez devoir peser votre soluté avec une balance de précision et vous récupèrerez ainsi la masse qui sera inscrite avec son unité ^{[1]
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Source de recherche}.
- Si votre soluté est sous forme liquide, ce n’est pas un problème. Vous pourrez calculer sa masse en utilisant la formule de la densité ( $D$ ) :
  $D={\frac {m}{V}}$ , avec $m$ la masse du liquide et $V$ son volume. Pour trouver la masse, il suffit de multiplier la densité du liquide par son volume.
Conseil : si vous effectuez une pesée, vous n’oublierez pas de retirer de votre résultat la masse du récipient (la tare), sinon vous tarez la balance. Si vous ne le faites pas, vos résultats seront faux.
2
Déterminez le volume total de la solution. Le volume total de la solution est la somme du volume du soluté et de celui du solvant. Si vous préparez votre solution dans un vrai laboratoire, faites-le dans un récipient gradué (bécher, éprouvette). Dans ce dernier cas, vous allez avoir en surface du liquide un ménisque (surface concave), il faudra lire la mesure au niveau du bas du ménisque. Inscrivez ce volume quelque part ^{[2]
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Source de recherche}.
- Si ce n’est pas vous qui faites la mesure et que l’on vous donne la masse du soluté, il faudra la transformer en volume en utilisant la formule de la densité.
- Ainsi, si vous cherchez à connaitre la concentration d’une solution contenant 3,45 g de sel dilués dans 2 litres d’eau, vous devrez tout d’abord trouver le volume de sel et pour cela, il y a la formule de la densité. Cherchez la densité du sel dans votre manuel de chimie ou sur Internet, puis calculez $m$ . En ce cas, la densité du sel est de 2,16 g/mL. La formule s’établit comme suit : $2,16\ g/mL={\frac {3,45\ g}{V}}$ . Multipliez des deux côtés par V, ce qui donne : $V(2,16\ g/mL)=3,45\ g$ . Divisez ensuite des deux côtés par 2,16 afin de trouver le volume ( $V$ ), ce qui donne : $V={\frac {3,45\ g}{2,16\ g/mL}}=1,60\ mL$ .
- Additionnez le volume du soluté et celui du solvant. Dans notre exemple, vous allez faire la somme :
  $2\ L+1,6\ mL=2\ 000\ mL+1,6\ mL=2\ 001,6\ mL$ . Vous pouvez, au choix, laisser la mesure en millilitres ou la reconvertir en litres, ce qui donnera, en arrondissant, 2,002 L.
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Divisez la masse du soluté par le volume total de la solution. Reprenez l’équation $C={\frac {m}{V}}$ $C={\frac {m}{V}}$ , dans laquelle $m$ $m$ est la masse du soluté et $V$ $V$ le volume total de la solution. Faites l’application numérique avec les résultats précédemment trouvés (masse et volume), divisez la masse par le volume et vous obtiendrez la concentration de votre solution. Outre la valeur numérique, n’oubliez pas de mettre une unité… et la bonne ^{[3]
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Source de recherche} !
- Reprenons notre exemple : une solution avec 3,45 g de sel dissouts dans 2 litres d’eau. L’équation se présentera comme suit :
  $C={\frac {3,45\ g}{2,002\ L}}=1,723\ g/L$ .
- Dans certains exercices, on vous demandera peut-être de donner la concentration dans une certaine unité. Il faudra alors faire la conversion de chacun des deux nombres pour tomber sur l’unité demandée.
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Méthode 2

Méthode 2 sur 3:
Trouver une concentration en pourcentage ou en ppm

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Trouvez la masse du soluté en grammes. Trouvez la masse du soluté utilisé pour la solution. Pendant ou après la pesée, n’oubliez pas de déduire le poids du récipient renfermant le soluté, sans quoi vos résultats seront faux ^{[4]
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Source de recherche}.
- Si votre soluté est un liquide, vous allez devoir calculer sa masse en utilisant la formule : $D={\frac {m}{V}}$ , dans laquelle $D$ est la densité du liquide, $m$ sa masse et $V$ son volume. Cherchez la densité du liquide en question dans un manuel ou sur Internet, après quoi vous pourrez déterminer la masse.
2
Déterminez la masse totale de la solution en grammes. La masse totale de la solution est la somme de la masse du solvant et de celle du soluté. Pesez la solution en utilisant une balance de précision ou trouvez la masse du solvant à partir de son volume en utilisant la formule de la densité : $D={\frac {m}{V}}$ $D={\frac {m}{V}}$ . Pour finir, afin d’obtenir la masse de la solution, faites la somme de la masse du soluté et de celle du solvant ^{[5]
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Source de recherche}.
- Ainsi, si l’on vous demande de calculer la concentration en cacao d’une solution contenant 10 grammes de cacao en poudre dilués dans 1,2 L d’eau, vous commencerez par déterminer la masse de l’eau en utilisant la formule de la densité. La densité d’eau est connue : 1 000 g/L et la formule se présente alors ainsi : $1\ 000\ g/L={\frac {m}{1,2\ L}}$ . Multipliez des deux côtés par 1,2 L pour isoler la masse ( $m$ ) en grammes :
  $m=(1,2\ L)(1\ 000\ g/L)=1\ 200\ g$ . Ajoutez ensuite la masse du cacao, ce qui donne au total 1 210 g.
3
Divisez la masse du soluté par la masse totale de la solution. Inscrivez la formule de la concentration ( $C$ $C$ ) : $C={\frac {masse\ du\ seul\ solut{\acute {e}}}{masse\ totale\ de\ la\ solution}}$ $C={\frac {masse\ du\ seul\ solut{\acute e}}{masse\ totale\ de\ la\ solution}}$ . Faites l’application numérique, puis les calculs et vous trouverez la concentration de votre solution ^{[6]
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Source de recherche}.
- Dans l’exemple qui est le nôtre, $C={\frac {10\ g}{1\ 210\ g}}=0,00826$ .
4
Multipliez votre résultat par 100. Vous obtenez ainsi un pourcentage de concentration. Si vous devez donner la concentration sous forme de pourcentage, prenez le dernier résultat et multipliez-le par 100. Écrivez la réponse finale en n’oubliant pas le symbole du pourcentage ^{[7]
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Source de recherche}.
- Dans notre exemple, le pourcentage de concentration est de :
  0,00826 x 100 = 0,826 %.
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Multipliez la concentration par 1 000 000. Vous aurez ainsi une concentration en parts par million. Prenez le résultat dernièrement trouvé, celui de la concentration en valeur absolue et multipliez-le par 1 000 000 (10⁶). Le résultat obtenu vous indiquera les parts du soluté. Écrivez la réponse finale en indiquant l’unité, ici les parts par million ^{[8]
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Source de recherche}.
- Dans notre exemple, le changement d’unité est le suivant :
  C = 0,00826 x 1 000 000 = 8 260 ppm.
Conseil : l’unité ppm (part par million) est largement utilisée pour les faibles concentrations. Elle est plus parlante qu’un simple pourcentage très faible.

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Méthode 3

Méthode 3 sur 3:
Calculer une concentration molaire

1
Additionnez les masses atomiques des éléments du soluté. Vous trouverez ainsi sa masse molaire. À partir de la formule, repérez tous les éléments chimiques qui composent le soluté. Retrouvez dans un manuel la masse atomique (ou masse molaire relative) de chacun d’entre eux. Additionnez toutes les masses atomiques des éléments qui composent le soluté et vous obtiendrez la masse molaire totale. Le résultat sera donné en gramme par mole ^{[9]
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Source de recherche}.
- Ainsi, si votre soluté est de l’hydroxyde de potassium (de formule KOH), récupérez les masses atomiques du potassium (K), de l’oxygène (O) et l’hydrogène (H), puis additionnez-les. En ce cas, la masse molaire est de :
  39 + 16 + 1 = 56 g/mol.
- La concentration molaire est souvent utilisée en chimie dès lors que la composition chimique du soluté est connue.
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Divisez la masse du soluté par la masse molaire. Vous obtiendrez ainsi le nombre de moles. Trouvez la masse du soluté contenue dans la solution en utilisant une balance de précision. Pendant la pesée, vous n’oublierez pas de retirer de votre résultat la masse du récipient, sinon vous tarez la balance. Divisez la masse trouvée par la masse molaire et vous obtiendrez le nombre de moles de votre soluté. Écrivez la mesure trouvée en précisant bien l’unité, ici la mole (mol ^{[10]
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Source de recherche}).
- Ainsi, pour savoir combien il y a de moles dans 25 g d’hydroxyde de potassium (KOH), il vous suffit de faire :
  $N_{moles}={\frac {25\ g}{56\ g/mol}}=0,45\ mol$ .
- Si ce n’est pas déjà le cas, convertissez la masse de votre soluté en grammes.
- La mole (environ 6 x 10²³ entités) est une unité de mesure pratique pour donner le nombre d’atomes de tel ou tel élément dans une solution.
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Convertissez le volume de la solution en litres. Avant de dissoudre le soluté, déterminez le volume du solvant. S’il ne vous est pas donné, vous allez devoir l’établir avec un bécher ou une éprouvette graduée. Si la mesure est donnée en millilitres, divisez-la 1 000, ce qui vous donnera un volume en litres ^{[11]
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Source de recherche}.
- Dans notre exemple, les 400 mL d’eau sont à diviser par 1 000 pour obtenir des litres et ici, cela donne 0,4 L.
- Si la quantité de solvant est déjà spécifiée en litres, vous pouvez passer à l’étape suivante.
Conseil : si le volume du soluté est négligeable, comparé à celui du solvant, vous pouvez le négliger. Par contre, s’il est important, vous devez absolument l’ajouter à celui du solvant, sinon vos résultats seront faux.
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Divisez les moles du soluté par le volume de la solution en litres. Posez bien la formule de la concentration molaire ( $C$ $C$ ) : $C={\frac {n}{V}}$ $C={\frac {n}{V}}$ , $n$ $n$ étant le nombre de moles du soluté et $V$ $V$ , le volume du solvant. Résolvez l’équation et n’oubliez pas de mettre la bonne unité, soit M (= mol/L ^{[12]
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Source de recherche}).
- Dans cet exemple, $C={\frac {0,45\ mol}{0,4\ L}}=1,125\ M$ .
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Conseils

En laboratoire, si vous ne connaissez pas la quantité de soluté mis en œuvre, vous pouvez réaliser un titrage avec un réactif adapté. À partir des masses ou des volumes engagés, vous devrez équilibrer l’équation bilan du titrage avant de trouver la masse du soluté.