Caractéristiques physico-chimiques des solutions aqueuses

Une solution est un mélange homogène obtenu par dissolution d’un ou plusieurs solutés (sous formes moléculaire ou ionique) dans un solvant (espèce chimique majoritaire).

L’eau, qui contient des minéraux (que l’on peut lire derrière une bouteille d’eau), est donc une solution et non un corps pur.

Calcul d’une masse molaire moléculaire

La masse molaire moléculaire M en g.mol⁻¹ d’un élément est la masse d’une mole de molécules : elle est égale à la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui constituent la molécule.

Ex : le glucose : C₆H₁₂O₆

M(C) = 12 g/mol

M(H) = 1 g/mol

M(O) = 16 g/mol

D’où M(C₆H₁₂O₆) = 6 x 12 + 12 x 1 + 6 x 16 = 180 g/mol

Réalisation d’une solution de concentration en quantité de matière donnée par dilution ou dissolution

• Dissolution : si le soluté est solide, on calcule la quantité de matière de soluté avec n_soluté=C × V_solution en utilisant une fiole jaugée de volume égal au volume de solution à préparer.

• Dilution : diluer une solution mère de concentration molaire C₀ connue, consiste à y ajouter du solvant afin de préparer un volume V₁ de solution fille de concentration en masse C₁. On cherche le volume V₀ à prélever avec une pipette jaugée et à introduire dans la fiole jaugée de volume V₁. Au cours d’une dilution, la quantité de matière de soluté dissous se conserve donc n₀=n₁ et C₀×V₀=C₁×V₁.

Calcul de la concentration en masse d’un soluté à partir de sa concentration en quantité de matière et de sa masse molaire moléculaire.

La concentration en masse d’un soluté est donnée par : $C_m=\displaystyle \frac{m}{V}$.

La masse est donnée par : $m=n \times M$

D’où $C_m=\displaystyle \frac{n \times M}{V}=C \times M$

• Calcul de la valeur du pH connaissant la concentration en ions H₃O⁺ d’une solution aqueuse.

Définitions :

• Un acide est une espèce capable de céder un proton en donnant une autre entité ou espèce chimique : la base conjuguée.
• Une base est une espèce capable d'accepter un proton en donnant une autre entité ou espèce chimique : l'acide conjugué

Une solution acide contiendra donc beaucoup d’ions H₃O⁺.

Exemple d’acide : acide éthanoïque CH₃CH₂OH_(aq), acide chlorhydrique H₃O⁺_(aq)+Cl⁻_(aq) 

Exemple de base : ammoniac NH_3(aq), hydroxyde de sodium Na+_(aq)+HO−_(aq)

Une solution basique contiendra donc beaucoup d’ions HO^-.

Pour connaître le pH d’une solution à partir de sa concentration molaire en ions H₃O⁺, on utilise la relation : pH=-log[H₃O⁺], avec [H₃O⁺] la concentration molaire en ions H₃O⁺ en mol/L

Caractérisation du pH d’une solution aqueuse (neutre, acide ou basique).

Un pH acide est inférieur à 7, un pH neutre égal à 7 et un pH basique supérieur à 7.

Lors de l’ajout d’eau distillée à une solution :

• Cas 1 : Si la solution initiale a un pH inférieur à celui de l’eau distillée utilisée, alors le pH mesuré après dilution est compris entre ceux de la solution initiale et de l’eau distillée.
• Cas 2 : Si la solution initiale a un pH supérieur à celui de l’eau distillée utilisée, alors le pH mesuré après dilution est compris entre ceux de l’eau distillée et de la solution initiale.

• Proposition et/ou mise en œuvre d’un protocole expérimental pour mesurer le pH d’une solution aqueuse.

Le pH peut se mesurer expérimentalement grâce à du papier pH, un pH mètre ou par dosage.

Sécurité

Il est nécessaire de connaître la signification des pictogrammes de sécurités pour manipuler correctement certains produits (phytosanitaires ou engrais par exemple), choisir les moyens de protection, de stockage et d’élimination adaptés.