Calculer Concentration Avec Densité Et Pourcentage Massique

La concentration d'une solution peut être exprimée de plusieurs manières. La densité et le pourcentage massique sont deux outils essentiels pour calculer ces concentrations. Maîtriser leur utilisation permet une analyse précise.

Densité, pourcentage massique et concentration sont intrinsèquement liés. La densité relie la masse au volume d'une solution. Le pourcentage massique exprime la proportion de soluté dans la solution. La concentration, elle, quantifie la quantité de soluté par rapport à la solution ou au solvant.

Calcul de la concentration molaire (Molarité)

Pour calculer la molarité (mol/L), transformez d'abord le pourcentage massique en une masse de soluté. Supposons une solution d'acide sulfurique (H₂SO₄) à 98% en masse. Cela signifie que 100g de solution contiennent 98g de H₂SO₄.

Utilisez ensuite la densité pour déterminer le volume correspondant à cette masse de solution. Si la densité de la solution est de 1.84 g/mL, alors 100g de solution occupent un volume de 100g / 1.84 g/mL = 54.35 mL.

Convertissez ce volume en litres: 54.35 mL = 0.05435 L.

Calculez la masse molaire du soluté. Pour H₂SO₄, elle est de (2 x 1.01) + 32.07 + (4 x 16.00) = 98.09 g/mol.

Divisez la masse du soluté par sa masse molaire pour obtenir le nombre de moles: 98g / 98.09 g/mol = 0.999 mol.

Enfin, divisez le nombre de moles par le volume en litres pour obtenir la molarité: 0.999 mol / 0.05435 L = 18.38 M. La concentration molaire de cette solution d'acide sulfurique est donc de 18.38 M.

Calcul de la concentration massique (g/L)

La concentration massique est la masse du soluté par unité de volume de solution. Reprenons l'exemple de la solution d'acide sulfurique à 98% et de densité 1.84 g/mL.

Dans 100g de solution, il y a 98g de H₂SO₄. La densité de 1.84 g/mL signifie que 1 mL de solution pèse 1.84g.

Pour obtenir la concentration massique en g/L, on doit déterminer la masse de soluté dans 1 litre de solution.

Puisque 1 mL de solution contient 1.84g * 0.98 (fraction massique) = 1.8032 g de H₂SO₄.

Donc, 1 litre (1000 mL) de solution contient 1000 mL * 1.8032 g/mL = 1803.2 g de H₂SO₄.

La concentration massique est donc de 1803.2 g/L.

Calcul de la molalité (mol/kg)

La molalité est le nombre de moles de soluté par kilogramme de solvant. Utilisons encore l'exemple de la solution d'acide sulfurique à 98% et de densité 1.84 g/mL.

Dans 100g de solution, il y a 98g de H₂SO₄. La masse de solvant (eau) est donc de 100g - 98g = 2g.

Convertissez la masse de solvant en kilogrammes : 2g = 0.002 kg.

Calculez le nombre de moles de soluté : 98g / 98.09 g/mol = 0.999 mol.

Divisez le nombre de moles de soluté par la masse de solvant en kilogrammes pour obtenir la molalité : 0.999 mol / 0.002 kg = 499.5 mol/kg.

La molalité de cette solution d'acide sulfurique est donc de 499.5 mol/kg.

Utilisation de la fraction molaire

La fraction molaire est le rapport du nombre de moles d'un composant sur le nombre total de moles de tous les composants. Considérons une solution composée de 46g d'éthanol (C₂H₅OH) et de 54g d'eau (H₂O).

Calculez les masses molaires : l'éthanol a une masse molaire d'environ 46 g/mol, et l'eau a une masse molaire d'environ 18 g/mol.

Calculez le nombre de moles de chaque composant : nombre de moles d'éthanol = 46g / 46 g/mol = 1 mol. Nombre de moles d'eau = 54g / 18 g/mol = 3 mol.

Calculez le nombre total de moles : 1 mol + 3 mol = 4 mol.

Calculez les fractions molaires : fraction molaire d'éthanol = 1 mol / 4 mol = 0.25. Fraction molaire d'eau = 3 mol / 4 mol = 0.75.

La fraction molaire d'éthanol dans cette solution est de 0.25, et la fraction molaire d'eau est de 0.75. La somme des fractions molaires doit toujours être égale à 1.

Conversion entre les concentrations

Il est possible de convertir entre différentes expressions de concentration. La densité est cruciale pour ces conversions.

Pour convertir de molarité à molalité, vous avez besoin de la densité de la solution et de la masse molaire du soluté. On soustrait la masse du soluté dans un litre de solution de la masse totale d'un litre de solution (déterminée par la densité) pour obtenir la masse du solvant. On utilise ensuite cette masse de solvant (en kg) pour calculer la molalité.

Pour convertir de pourcentage massique à molarité, vous utilisez également la densité et la masse molaire. Le pourcentage massique donne la masse du soluté dans 100g de solution. La densité permet de déterminer le volume correspondant à ces 100g de solution. On convertit ensuite ce volume en litres et on calcule la molarité.

Précautions et considérations

La température influence la densité des solutions. Des mesures précises exigent donc de connaître et de contrôler la température.

L'exactitude des calculs dépend de la précision des valeurs de la densité et du pourcentage massique. Utilisez des données fiables et vérifiez les unités.

Lorsque vous travaillez avec des solutions concentrées, soyez prudent lors de la manipulation et diluez les solutions correctement. Utilisez toujours l'équipement de protection approprié.

Enfin, n'oubliez pas que l'approximation des masses molaires peut introduire de légères erreurs. Utilisez des valeurs précises si la précision est primordiale.