Vidéo de la leçon: La concentration molaire Chimie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à calculer la concentration molaire d’une solution à partir de la quantité de solvant et la masse ou le nombre de moles du soluté dissous. Avant d’apprendre à effectuer ces calculs de la concentration molaire, nous devons comprendre pourquoi nous le faisons, ainsi que certains des termes clés. Le premier terme clé à comprendre est la concentration. La concentration est la quantité de soluté qui est dissout dans une certaine quantité de solution. Afin de comprendre ce que nous entendons par soluté et solution (ou solvant), voyons la préparation d’une tasse de café soluble.

Le soluté est la substance que vous dissolvez, dans ce cas, le café soluble. Le solvant est alors le liquide dans lequel vous dissolvez votre soluté qui, dans ce cas, est de l’eau chaude. Ainsi, la concentration de notre tasse de café est la quantité de café soluble ou de soluté que nous avons dissous dans tout le volume d’eau chaude contenu notre tasse de café, qui constitue notre solution. Un autre terme que vous pourriez entendre lors de discussions sur la concentration est la molarité. Elle est souvent désignée par la majuscule 𝑀. La molarité est définie comme le nombre de moles dans un litre de solution. Nous devrions également prendre en considération ce qui arrive à la concentration lorsque nous changeons la quantité de soluté ou de solvant. Encore une fois, notre tasse de café peut nous aider à comprendre.

Si nous augmentons la quantité de soluté dans notre café, qui est le café soluble en granules, que se passe-t-il avec la concentration de toute notre tasse de café ? Bien évidemment, le café devient plus fort, ce qui en termes de chimie signifie qu’il devient plus concentré. Mais que se passe-t-il si au lieu de cela nous augmentons la quantité de solvant ? Si nous ajoutons plus d’eau chaude à la même quantité de granules de café, alors bien sûr notre café sera moins fort ; on dit qu’il a une concentration plus faible. Vous pouvez toujours revenir à notre analogie avec notre tasse de café si jamais vous êtes bloqués en pensant à ce qui devrait arriver à la concentration si on change la quantité de soluté ou de solvant.

Un dernier terme à expliquer est la molalité. En général, la molarité est la façon la plus courante de parler de concentration. Mais, si nous avons une situation où la température change, on ne peut pas parler de molarité. Et c’est là que nous utilisons la molalité. La molalité d’une solution est le nombre de moles de soluté divisé par kilogramme de solvant. Le symbole de la molalité est généralement un italique minuscule 𝑚. Mais dans cette vidéo, nous allons utiliser la molarité.

L’équation dont nous avons besoin pour calculer la concentration molaire est 𝑛 égal à 𝑐𝑣, où 𝑛 est le nombre de moles, 𝑐 est la concentration et 𝑣 est le volume. Il est également important de faire attention aux unités de chacun des paramètres de cette équation, où 𝑛 est exprimé en moles, 𝑐 en moles par litre et 𝑣 en litres. Prenons un exemple.

Combien de moles de sulfate de cuivre y a-t-il dans 2,5 litres d’une solution à 0,15 molaire ?

Donc, 𝑣 est égal à 2,5 litres, et 𝑐 est égal à 0,15  molaire. « Molaire » est simplement une autre façon d’écrire « moles par litre ». On nous demande de trouver 𝑛, le nombre de moles. Donc, en utilisant 𝑛 égal à 𝑐𝑣, nous obtenons 0,15 « molaire » multiplié par 2,5 litres, ce qui nous donne la réponse de 0,375 moles.

Examinons maintenant un exemple où nous devons remanier notre équation.

Calculez le volume en litres d’une solution aqueuse d’acide nitrique à 0,125 M contenant 0,400 moles.

Ici, on nous donne la concentration 𝑐, et nous nous rappelons que « molaire » signifie moles par litre. Et on nous donne 𝑛, le nombre de moles. On nous demande de trouver 𝑣, le volume. Donc, ici, nous allons devoir réorganiser notre équation, ce qui nous donne 𝑣 égal à 𝑛 divisé par 𝑐. Maintenant, nous pouvons remplacer par nos valeurs, ce qui fait 0,400 moles divisées par molaire de 0,125 « molaire », ce qui nous donne 3,2 litres. Nous pouvons vérifier si notre réponse est correcte en analysant les unités.

Dans notre travail, nous avons divisé des moles par des moles par litre. Les moles vont s’annuler, et la division par litre nous donnera des litres. Et les litres sont, bien entendu, la bonne unité pour notre volume. Il semble donc que nous ayons fait cela correctement.

Maintenant, regardons ce que nous devons faire si on ne nous donne pas explicitement le nombre de moles.

Calculez la concentration de 25 grammes de chlorure de sodium dissous dans 0,34 litre d’eau.

Ici, on nous demande de calculer 𝑐, la concentration. Et on nous donne 𝑣, mais on ne nous donne pas 𝑛, le nombre de moles. Au lieu de cela, on nous donne la masse (la quantité) que nous devons convertir en nombre de moles. Pour ce faire, nous aurons besoin d’une autre équation. Le nombre de moles est égal à la masse divisé par notre masse molaire, où nos unités sont les moles, les grammes et les grammes par mole. Donc, pour calculer le nombre de moles, nous divisons 25 grammes par 22,99 plus 35,45 grammes par mole. Nous obtenons ces derniers chiffres de notre tableau périodique. Ce sont les masses atomiques du sodium et du chlore, ce qui nous donne la masse molaire de chlorure de sodium. Nous obtenons 25 grammes divisés par 58,44 grammes par mole, ce qui équivaut à 0,4278 moles.

Maintenant que nous avons 𝑛, nous pouvons utiliser notre équation 𝑛 égal à 𝑐𝑣. Mais réarrangeons-la en fonction de la concentration, ce qui nous donne 𝑐 égal à 𝑛 divisé par 𝑣. En substituant nos valeurs, nous obtenons 0,4278 moles (que nous venons de calculer) et 0,34 litres donnés dans l’énoncé. Ce qui nous donne 1,258 moles par litre. Bien entendu, nous pouvons arrondir notre réponse à deux chiffres significatifs après la virgule, afin qu’elle corresponde au niveau de précision de notre énoncé. Comme « moles par litre » c’est pareil que « molaire », nous pourrions donc donner notre réponse sous forme de 1,3 M.

Maintenant que nous savons comment utiliser notre équation de base, regardons ce qui se passe si on nous donne des unités différentes. Vous pouvez rencontrer des unités qui ne sont pas adéquates pour le calcul que vous effectuez. Regardons donc quelques conversions d’unités courantes dont vous pourriez avoir besoin. Lorsque l’on parle de volume, vous pouvez rencontrer des « décimètres cubes ». Jusqu’à présent, nous avons utilisé des litres pour mesurer le volume. Alors, comment convertir les décimètres cubes en litres ? Il s’avère que c’est une conversion vraiment facile. Les décimètres cubes sont équivalents aux litres, donc tout volume donné en décimètres cubes est le même que s’il est donné en litres.

De même, un volume donné en centimètres cubes équivaut en fait au même volume en millilitres. Donc, utiliser des centimètres cubes et des décimètres cubes est assez simple. Mais vous aurez peut-être besoin de savoir convertir les millilitres en litres. C’est bien sûr la même conversion que des centimètres cubes en décimètres cubes. Il y a 1 000 millilitres dans un litre. « Milli- » comme préfixe signifie millième, et cela vous indique qu’il y a 1 000 millilitres dans un litre, ou qu’un millilitre est un millième de litre.

Vous pouvez donc convertir des millilitres en litres en divisant par 1 000. Vous pouvez également écrire ceci en multipliant votre volume par un litre divisé par 1000 millilitres. Cela vous donne la même valeur numérique, mais c’est plus utile si vous effectuez un examen des unités. En effet, effectuer ce calcul de cette manière vous permet d’annuler les millilitres, ce qui vous laisse avec des litres.

Une autre conversion d’unité dont vous pourriez avoir besoin est la conversion des milligrammes en grammes. Encore une fois, nous avons ce préfixe « milli- » qui signifie millième ; il y a donc 1 000 milligrammes dans un gramme. Le calcul de cette conversion est donc très similaire à celui des millilitres en litres. Donc, à titre d’exemple, si nous avons 250 milligrammes, nous multiplions par un gramme et nous divisons par 1 000 milligrammes, ce qui nous donne 0,25 grammes. Essayons donc de faire des calculs de concentration molaire en plus des conversions d’unités.

Un comprimé de 500 milligrammes de paracétamol, C8H9NO2, a été dissous dans 200 millilitres d’eau. Quelle est la concentration de la solution qui en résulte ? Donnez votre réponse en moles par décimètre cube, à deux chiffres significatifs.

On nous demande de déterminer la concentration d’une solution. Pour ce faire, nous allons avoir besoin d’une équation de base. Bien sûr, l’équation dont nous avons besoin est 𝑛 est égal à 𝑐𝑣, où 𝑛 est le nombre de moles, 𝑐 est la concentration et 𝑣 est le volume. La valeur du volume 𝑣 qui nous est donnée dans l’exercice est de 200 millilitres. Cependant, on nous demande spécifiquement notre réponse en moles par décimètre cube. Nous allons donc devoir faire une conversion d’unités. Rappelez-vous que les décimètres cubes c‘est exactement pareil que les litres. Vous pouvez donc envisager de donner notre réponse en moles par litre.

Mais le volume qui nous est donné est en millilitres. Nous allons donc devoir convertir nos millilitres en litres. Pour convertir des millilitres en litres, nous devons multiplier par un litre et diviser par 1 000 millilitres. Vous pouvez vous rappeler qu’il y a 1 000 millilitres par litre en vous souvenant que le préfixe « milli- » signifie millième. En faisant cette conversion, nous obtenons 0,2 litres. En aparté, rappelez-vous que les millilitres c’est exactement pareil que les centimètres cube. Maintenant que nous avons notre volume dans les bonnes unités et que nous savons que nous devons calculer la concentration, il nous suffit de trouver le nombre de moles, 𝑛.

Cependant, dans l’énoncé, on ne nous donne pas le nombre de moles. Au lieu de cela, on nous donne une quantité en milligrammes. Nous allons donc devoir convertir notre quantité en nombre de moles. Pour ce faire, nous avons besoin d’une autre équation essentielle. L’équation dont nous avons besoin est celle qui dit que le nombre de moles est égal à la quantité divisée par la masse molaire, où nos unités sont les moles, les grammes et les grammes par mole. Donc, la première chose à faire est convertir notre quantité en milligrammes à grammes. La conversion de milligrammes en grammes est très similaire à la conversion de millilitres en litres, en ce sens que nous multiplions par un gramme divisé par 1 000 milligrammes. Donc, en convertissant 500 milligrammes en grammes, nous multiplions par un gramme divisé par 1 000 milligrammes, ce qui nous donne 0,5 grammes.

Maintenant, nous pouvons commencer à calculer le nombre de moles. De notre deuxième équation essentielle nous savons que le nombre de moles est égal à 0.5 gramme divisé par la masse molaire du paracétamol. Pour déterminer notre masse molaire, nous avons besoin du tableau périodique et de la formule chimique du paracétamol qui nous est donnée dans cet exercice. Nous voyons que ce dernier contient huit atomes de carbone, neuf atomes d’hydrogène, un atome d’azote et deux atomes d’oxygène. Donc, pour obtenir notre masse molaire, nous additionnons les masses de huit atomes de carbone, neuf hydrogènes, un azote et deux oxygènes, ce qui nous donne une masse molaire de 151,165 grammes par mole.

Nous pouvons maintenant l’utiliser pour calculer le nombre de moles de notre paracétamol. Donc 𝑛 est égal à 0,5 gramme divisé par 151,165 grammes par mole, ce qui nous donne 0,0033076 mole. Maintenant que nous avons 𝑛 et 𝑣, nous pouvons utiliser 𝑛 égal à 𝑐𝑣 pour obtenir la concentration. En réorganisant notre équation en fonction de 𝑐, nous obtenons 𝑐 égal à 𝑛 divisé par 𝑣. En rentrant nos valeurs, nous obtenons une concentration égale à 0,0033076 mole divisé par 0,2 litre. Cela équivaut à 0,016538 mole par litre.

Cependant, nous n’avons pas encore terminé. L’exercice demande que notre réponse soit donnée avec deux chiffres significatifs, en moles par décimètre cube. L’arrondi à deux chiffres significatifs nous donne 0,017. Et comme les litres correspondent aux décimètres cubes, nous n’avons rien à faire en ce qui concerne les unités. Nous pouvons simplement écrire les unités comme moles par décimètre cube. Et voici notre réponse finale.

Récapitulons les points clés. L’équation fondamentale dont nous avons besoin pour calculer la concentration est 𝑛 égal à 𝑐𝑣, où 𝑛 est le nombre de moles, 𝑐 est la concentration et 𝑣 est le volume, en faisant attention à nos unités où les unités doivent être des moles, des moles par litre, et des litres. Dans certains cas, des conversions d’unités peuvent être nécessaires, en se rappelant que les décimètres cubes correspondent aux litres et les centimètres cubes correspondent aux millilitres.

Pour convertir les millilitres en litres, nous multiplions par un litre divisé par 1 000 millilitres. De même, pour convertir les milligrammes en grammes, nous multiplions par un gramme divisé par 1 000 milligrammes. La molarité désigne la concentration en moles par litre, où les moles par litre peuvent également être écrites 𝑀 majuscule, ce qui signifie « molaire ».