Vidéo de la leçon: Concentration en pourcentage Chimie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment exprimer et calculer la concentration d’une solution en pourcentage volumique ou massique. Introduisons ce sujet avec une histoire simple.

Deux amis vont acheter du paillis pour un jardin, et des plumes pour garnir des oreillers faits maison. Ils placent un grand sac de chaque dans le chariot jusqu’à pratiquement le remplir. Un des amis dit : « Le chariot est composé de 50 pour cent de paillis et de 50 pour cent de plumes, car chacun occupe la moitié de l’espace du chariot » L’autre ami, qui pousse le chariot, dit : « Je pense que le chariot contient 95 pour cent de paillis et cinq pour cent de plumes, car il y a beaucoup plus de kilos de paillis que de kilos de plumes dans le chariot » Lequel a raison ?

Eh bien, ils ont raison tous les deux. Ces amis calculent la concentration en pourcentage du chariot. Le premier ami calcule le pourcentage en volume. Le deuxième ami calcule le pourcentage en masse. En chimie, nous ne nous occupons normalement pas de paillis ou de plumes. Nous appliquons généralement une concentration en pourcentage à la quantité de soluté présente dans une solution.

À la maison, on peut trouver un exemple de concentration en pourcentage sur les bouteilles de désinfectant pour les mains. En regardant au dos d’une bouteille de désinfectant pour les mains, on pourrait voir : « Alcool éthylique, 70 pour cent v / v ». Qu’est-ce que cela signifie ? Eh bien, le v / v signifie qu’il s’agit d’une concentration en pourcentage volumique. Cela signifie que 70 pour cent du volume total de la bouteille de désinfectant est constitué d’alcool éthylique.

Par exemple, une petite bouteille de désinfectant pour les mains que vous pourriez trouver dans une salle de bain ou sur un bureau contient environ 240 millilitres de désinfectant. Le volume de la bouteille est indiqué sur l’étiquette. Puisque la solution contient 70 pour cent d’alcool éthylique en volume, la préparation de cette solution nécessite une quantité d’alcool éthylique égale à 70 pour cent du volume total de la bouteille. 70 pour cent de 240 est 168. L’entreprise a donc utilisé 168 millilitres d’alcool éthylique pour fabriquer cette bouteille de désinfectant pour les mains.

Petit rappel : pour trouver 70 pour cent de 240, nous pouvons prendre la forme décimale de 70 pour cent, 0,7, et la multiplier par 240 pour obtenir 168. Les 72 millilitres restants, la portion du désinfectant pour les mains qui n’est pas de l’alcool éthylique, sont composés d’ingrédients inactifs. Ceux-ci comprennent les charges, les liants et les parfums.

Un autre exemple un peu différent de concentration en pourcentage peut être trouvé sur un tube de crème anti-démangeaisons. La crème anti-démangeaisons est utilisée pour les piqûres d’insectes, les éruptions cutanées et d’autres démangeaisons. Son ingrédient actif est l’hydrocortisone, un stéroïde.

Si nous regardons au dos d’un tube de crème anti-démangeaisons, nous pourrons voir : « Hydrocortisone, un pour cent m / m » m / m signifie qu’il s’agit d’une concentration en pourcentage massique. En d’autres termes, un pour cent de la masse de la crème dans le tube est de l’hydrocortisone. Un petit tube de crème anti-démangeaison, de la taille d’un marqueur effaçable, pourrait avoir une masse de 30 grammes. Un pour cent de cette masse totale est de l’hydrocortisone. Dans ce cas, un pour cent de 30 grammes est 0,3 gramme. Il y a donc 0,3 gramme d’hydrocortisone dans le tube.

Pour effectuer ce calcul sur une calculatrice, vous pouvez taper 0,01 fois 30 est égal à 0,3. Les 29,7 grammes restants sont des ingrédients inactifs. C’est grâce à ces ingrédients inactifs, qui donnent en grande partie sa texture crémeuse à la crème, que nous pouvons appliquer l’hydrocortisone sur la peau.

Comme nous l’avons vu ici, les calculs mathématiques impliqués dans ces deux situations sont quasiment les mêmes. La principale différence est de savoir si nous utilisons des unités pour le volume ou des unités pour la masse. Nous en apprendrons davantage sur les calculs relatifs à la concentration en pourcentage dans un instant. Mais définissons d’abord quelques termes clés.

On parle en général de la concentration en pourcentage d’un soluté dans une solution. Prenons un exemple simple pour définir ces termes : le sucre dissous dans l’eau. Le soluté est la substance qui est dissoute. Dans ce cas, le soluté est le sucre. Le soluté est souvent un solide ajouté à un liquide. Mais on pourrait aussi ajouter un liquide ou un gaz. Le solvant est la substance dans laquelle on dissout. Dans ce cas, l’eau est le solvant. Et enfin, la solution est le mélange du soluté dissous dans le solvant. Le mélange de sucre dissous dans l’eau forme une solution sucre-eau.

Lorsque nous parlons de la concentration en pourcentage d’un soluté dans une solution, il est important de savoir ce que sont le soluté et la solution. Mais on peut facilement confondre les mots soluté et solvant. Voici donc un moyen mnémotechnique bien pratique.

Imaginons un cambrioleur portant un sac de marchandises volées. Au cas où la police arrive, il a besoin de cacher son sac pour pouvoir s’échapper. Heureusement pour lui, il y a un conduit d’air à proximité. Le sac volé va donc dans l’évent. Et dans une solution : le soluté va dans le solvant.

Une fois que nous connaissons les définitions de ces mots, il est plus facile de discuter des calculs impliqués dans la concentration en pourcentage. Examinons certains des calculs que nous utilisons quand on a affaire à des concentration en pourcentage. La formule de base que nous allons utiliser pour nos autres formules est : la concentration en pourcentage volumique est égal au volume du soluté divisé par le volume de la solution.

Nous pourrions aussi rencontrer le terme volume total pour parler du volume de la solution. Un exemple concret : s’il y a 300 millilitres d’alcool dans une solution de désinfectant pour les mains de 500 millilitres, nous pouvons obtenir un résultat de 0,6, ce qui signifie que le désinfectant pour les mains contient 60 pour cent d’alcool en volume.

Notez qu’il y a trois variables dans cette équation : la concentration en pourcentage, le volume de soluté et le volume de solution. Dans cet exemple, nous avons utilisé les valeurs données du volume de soluté et du volume de solution pour calculer le pourcentage inconnu de concentration. Mais pour d’autres questions, il suffit de connaître deux de ces valeurs, pour trouver la troisième valeur inconnue. Par exemple, si nous voulons trouver un volume inconnu de soluté en utilisant une concentration exprimée en pourcentage et un volume total donné, nous pouvons utiliser la formule : le volume de soluté est égal la concentration en pourcentage multipliée par le volume de la solution.

Nous pourrions utiliser cette formule pour trouver la réponse à une question comme : la quantité d’alcool contenue dans 700 millilitres d’une solution à 60 pour cent d’alcool. Suivant la formule, 60 pour cent multiplié par 700 millilitres nous donnerait notre réponse. Réponse qui est : 420 millilitres d’alcool.

La dernière formule est : le volume de la solution est égal au volume de soluté divisé par la concentration en pourcentage. Par exemple, si nous prenions 1300 millilitres d’alcool pour faire une solution à 65 pour cent de ces 1300 millilitres, nous pourrions faire 1300 divisé par 65 pour cent soit 0,65. Notre réponse est une solution de 2000 millilitres ou de deux litres. Notez bien que ces 2000 millilitres représentent le volume de la solution totale, y compris les 1300 millilitres d’alcool avec lesquels nous avons commencé.

Si la question était : « Quelle quantité de solvant devrons-nous ajouter à l’alcool pour obtenir cette solution ?», notre réponse finale ne serait pas 2000. Ce serait plutôt les 700 millilitres de solvant que nous devons ajouter aux 1300 millilitres d’alcool pour atteindre les 2000 millilitres de la solution totale.

Récapitulons : nous pouvons utiliser cette formule arrangée de trois manières différentes pour trouver la concentration en pourcentage, le volume de soluté ou le volume de solution lorsque l’on nous donne les deux autres variables.

Heureusement, les calculs en masse sont quasiment similaires aux calculs en volume. Au lieu d’utiliser le volume de soluté et le volume de solution, nous utilisons la masse de soluté et la masse de solution. Et au lieu d’avoir des unités de volume, comme les millilitres, nous aurons des unités de masse, comme les grammes. Par exemple, si nous utilisons 33 grammes de sucre pour faire une solution de limonade de 330 grammes, nous obtenons un résultat de 0,1 ou 10 pour cent de sucre en masse.

En remplaçant encore simplement le volume par la masse, nous obtenons une deuxième formule : la masse de soluté est égale à la concentration en pourcentage multiplié par la masse de solution. Si nous connaissons la masse de la solution et la concentration en pourcentage, par exemple 250 grammes d’une solution de limonade contenant cinq pour cent de sucre, nous pouvons calculer la masse du soluté. Cinq pour cent de 250 est 12,5. Ce résultat signifie donc qu’il y a 12,5 grammes de sucre dans cette solution.

La dernière formule est : la masse de solution est égale à la masse de soluté divisée par la concentration en pourcentage. Pour cette question, imaginons que nous voulons prendre 54 grammes de sucre pour réaliser une solution de limonade à six pour cent. Quelle serait la masse de la solution finale ?

Nous pouvons prendre les 54 grammes de sucre et les diviser par six pour cent. Nous obtenons une solution de 900 grammes. Petit rappel : la solution de 900 grammes comprend les 54 grammes initiaux de sucre. Donc, pour préparer cette solution, il faudrait ajouter 846 grammes de solvant pour obtenir une solution d’une masse de 900 grammes.

Comme nous l’avons vu ici, les calculs relatifs à la concentration en pourcentage sont quasiment les mêmes, qu’ils soient en volume ou en masse. Nous devons simplement faire attention aux termes et aux unités que nous utilisons.

Un autre type de problème en rapport avec la concentration en pourcentage que nous pouvons résoudre est de calculer la concentration en pourcentage de la nouvelle solution formée après avoir mélangé deux solutions ensemble. Par exemple, nous pourrions avoir au départ deux solutions de désinfectant pour les mains : une solution de 250 millilitres contenant 70 pour cent d’alcool en volume et l’autre solution de 300 millilitres contenant 60 pour cent d’alcool en volume.

Il pourrait être intéressant de savoir quel serait le pourcentage de concentration du mélange une fois que les deux solutions auraient été ajoutées ensemble. Utilisons une variable 𝑥 pour représenter la concentration en pourcentage du mélange. Appelons aussi les deux solutions ajoutées au mélange, solution A et solution B.

Grâce à notre formule pour calculer la concentration en pourcentage, nous savons que la concentration en pourcentage volumique de toute solution est égal au volume de soluté divisé par le volume de solution. Si nous trouvons ces deux valeurs, nous pourrons calculer le pourcentage de concentration du mélange. Quel est le volume de solution du mélange ?

Eh bien, nous mélangeons une solution de 250 millilitres avec une solution de 300 millilitres. Cela nous donne en fin de compte une solution d’un volume de 550 millilitres. Pour l’autre variable manquante de notre formule, quel est le volume de soluté du mélange ? Nous pouvons trouver celui-ci à peu près de la même manière, en un peu plus complexe. Le volume de soluté dans le mélange va simplement correspondre à la somme des volumes de chacune des solutions individuelles.

Nous pouvons trouver le volume de soluté d’une solution en prenant le volume et en le multipliant par la concentration en pourcentage. Pour la solution A, 70 pour cent de 250 millilitres nous donne 175 millilitres d’alcool. De la même façon, pour la solution B, 60 pour cent multiplié par 300 nous donne 180 millilitres comme volume de soluté. L’addition de ces deux nombres nous donne le volume de soluté pour le mélange, soit 355 millilitres.

Comme il y a 355 millilitres d’alcool dans une solution de 550 millilitres, nous pouvons diviser 355 millilitres par 550 millilitres pour obtenir la concentration en pourcentage. Notre réponse finale est 64,5 pour cent. Vous remarquerez que la réponse, 64,5 pour cent, se situe entre les deux concentrations initiales de départ, 60 pour cent et 70 pour cent. Si nous trouvons un pourcentage de concentration du mélange supérieur à la concentration la plus forte ou inférieure à la concentration la plus faible, cela signifie qu’il y a une erreur quelque part dans nos calculs. Ainsi, en mélangeant ces deux solutions, on obtient une concentration en pourcentage du mélange de 64,5 pour cent.

Maintenant que nous avons vu ce qu’était le pourcentage de concentration, passons en revue quelques points clés de la vidéo. La concentration en pourcentage indique le pourcentage de soluté dans une solution. La concentration en pourcentage peut être une concentration en volume ou en masse. Par exemple, 10 pour cent v / v signifie que 10 pour cent du volume de la solution totale représente le volume du soluté. D’autre part, un pour cent m / m signifie qu’un pour cent de la masse de la solution représente la masse du soluté.

La formule pour calculer la concentration en pourcentage est : la concentration en pourcentage égale au volume du soluté divisé par le volume de la solution si nous la calculons en volume, ou égale à la masse du soluté divisée par la masse de la solution si nous la calculons en masse. Nous pouvons utiliser ces formules ou leurs versions réarrangées pour trouver la concentration en pourcentage, le volume ou la masse du soluté, ou pour trouver le volume ou la masse de la solution si on nous donne les deux autres valeurs. Et nous pouvons calculer la concentration en pourcentage d’un mélange de deux substances en trouvant le volume total du soluté ou sa masse, et le volume total de solution ou sa masse, puis en les divisant.