En chimie, une solution est un mélange homogène composé de deux ou plusieurs substances. Une solution molaire est un type de solution chimique dont la concentration est exprimée en moles de soluté par litre de solution. Ce concept est fondamental dans l'étude de la chimie, notamment dans la réalisation d'expériences en laboratoire et de réactions chimiques.
Avant de plonger plus profondément dans les solutions molaires, il est essentiel de comprendre ce qu’est un grain de beauté. Une taupe est une unité de mesure utilisée en chimie pour exprimer les quantités d'une substance chimique. Une taupe est définie comme exactement des entités \(6.022 \times 10^{23}\) (atomes, molécules, ions ou autres particules).
La première étape de la préparation d’une solution molaire consiste à calculer la masse molaire du soluté. La masse molaire est la masse d'une mole d'une substance et est exprimée en grammes par mole (g/mol). Il peut être calculé en additionnant les masses atomiques de tous les atomes d’une molécule.
Par exemple, la masse molaire de l'eau (H2O) est calculée en additionnant les masses atomiques de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, ce qui équivaut à \(2 \times 1.008\) g/mol pour l'hydrogène plus \(16.00\) g/ mol pour l'oxygène, ce qui donne une masse molaire globale de \(18.016\) g/mol.
Une fois la masse molaire déterminée, l’étape suivante consiste à préparer une solution molaire. Pour préparer une solution 1 M (une molaire) d’une substance, il faut dissoudre la masse molaire de la substance dans suffisamment de solvant pour obtenir un litre de solution.
Par exemple, pour préparer une solution 1 M de chlorure de sodium (NaCl), qui a une masse molaire de \(58.44\) g/mol, \(58.44\) grammes de NaCl seraient dissous dans suffisamment d'eau pour obtenir un volume final. d'un litre.
La concentration d'une solution est fréquemment exprimée en moles par litre (M). La formule pour calculer la molarité (M) d’une solution est :
\(M = \frac{\textrm{taupes de soluté}}{\textrm{litres de solution}}\)Par exemple, si \(0.5\) moles de glucose (un sucre) étaient dissoutes dans \(2\) litres d'eau, la concentration de la solution de glucose serait :
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)Cela signifie que la solution de glucose a une concentration de \(0.25\) moles par litre ou \(0.25\) M.
La dilution est le processus de réduction de la concentration d'un soluté dans une solution, généralement en ajoutant davantage de solvant. La relation entre les concentrations et volumes initial et final peut être exprimée comme suit :
\(C_1V_1 = C_2V_2\)où \(C_1\) et \(C_2\) sont respectivement les concentrations initiales et finales, et \(V_1\) et \(V_2\) sont respectivement les volumes initial et final. Cette formule est utile pour calculer la quantité de solvant nécessaire pour atteindre une concentration souhaitée.
Par exemple, pour diluer une solution \(2\) M d'acide chlorhydrique à \(1\) M en doublant son volume, vous utiliserez la formule \(C_1V_1 = C_2V_2\) . En supposant que \(V_1\) vaut \(1\) litre, pour trouver \(V_2\) , vous réorganisez la formule en \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) . En remplaçant les valeurs, vous obtenez : \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{litres}\)
Cela signifie que vous devrez ajouter \(1\) litre supplémentaire de solvant au \(1\) litre de solution d'acide chlorhydrique \(2\) M pour obtenir une concentration finale de \(1\) M.
Imaginez que vous menez une expérience qui nécessite une solution \(0.1\) M d'acide sulfurique (H₂SO₄) et que vous devez préparer \(500\) mL de cette solution. Tout d’abord, calculez la masse molaire de l’acide sulfurique, qui est \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) g/mol. Pour trouver la quantité de H₂SO₄ requise pour une solution \(0.1\) M :
\(M = \frac{\textrm{taupes de soluté}}{\textrm{litres de solution}} \implies \textrm{taupes de soluté} = M \times \textrm{litres de solution}\)Puisque le volume doit être en litres, convertissez \(500\) mL en \(0.5\) litres. Alors,
\(\textrm{taupes de soluté} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{taupes}\)Pour trouver la masse de H₂SO₄ requise, multipliez les moles par la masse molaire :
\(\textrm{masse} = \textrm{taupes} \times \textrm{masse molaire} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{grammes}\)Dissoudre \(4.904\) grammes d'acide sulfurique dans suffisamment d'eau pour obtenir une solution \(500\) mL. Ce processus illustre comment la molarité, les volumes et la masse molaire sont utilisés dans des conditions pratiques de laboratoire pour préparer des solutions spécifiques requises pour les expériences.
Les solutions molaires sont cruciales en chimie pour plusieurs raisons :
En conclusion, la molarité est un concept fondamental en chimie qui consiste à calculer la concentration des solutions. En comprenant comment calculer et préparer des solutions molaires, les chimistes peuvent contrôler les conditions de leurs expériences avec une grande précision, conduisant ainsi à des découvertes et des progrès scientifiques significatifs.
