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En chimie, Solution est un mélange homogène de soluté et Solvant dissoudre ce soluté. Concentration est une mesure de la quantité de substance dissoute dans un solvant. Il existe de nombreuses raisons de calculer la concentration d'une solution, mais la méthode est la même que vous ayez besoin de tester votre taux de chlore dans un bain ou d'analyser un échantillon de sang pour sauver des vies. Cet article fournira des connaissances de base sur la chimie des solutions, suivies d'instructions détaillées sur une application pratique très courante - l'entretien des aquariums.

Pas

Méthode 1 sur 5: Apprenez les bases de la concentration

1. 

   Apprenez le vocabulaire. La concentration est le rapport de la masse du soluté à la masse du mélange entier. Par exemple, si vous allez dissoudre du sucre et du vinaigre ensemble pour une expérience, vous devez calculer la concentration de sucre dans le mélange. Voici une description de chaque composant du résultat d'un problème chimique:
   • Le sucre est soluté, c'est-à-dire que l'ingrédient est dissous. Vous mesurez la concentration du soluté.
   • Le vinaigre est Solvant, c'est-à-dire la substance dans laquelle vous dissolvez une autre substance.
   • Après les avoir mélangés, vous en aurez un Solution. Pour calculer la concentration dont vous avez besoin pour obtenir la masse totale de la solution, cela peut être trouvé en ajoutant la masse de soluté et la masse de solvant ensemble.
   • Si vous ne vous souvenez pas quels solvants et quels solvants, souvenez-vous de cet exemple.

2. 

   
   
   Apprenez à écrire des concentrations. Puisqu'il existe différentes manières de représenter la «masse» d'une substance, il existe également plusieurs manières d'écrire la concentration. Ce sont les plus courants:
   • Gramme par litre (g / L). C'est simplement la masse en grammes de soluté dans un volume de solution donné. Souvent utilisé pour les solvants et les solvants liquides, tels que le sucre et le vinaigre dans l'exemple ci-dessus.
   • Concentration molaire (M). Le nombre de moles du soluté divisé par le volume de la solution. Mol est une unité de mesure en chimie, utilisée pour décrire le nombre d'atomes ou de molécules d'une substance.
   • Parties par million (ppm). Nombre d'unités (généralement grammes ou milligrammes) de soluté par million d'unités de solution. Habituellement utilisé pour les solutions aqueuses très diluées.
   • Composition en pourcentage. Le nombre de parties (généralement en grammes) de soluté présent dans une solution à cent pour cent. Le symbole de pourcentage signifie «en 100», vous pouvez donc facilement écrire la fraction sous forme de pourcentage.
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Méthode 2 sur 5: Calculez la concentration en grammes par litre

1. 

   
   
   Apprenez à appliquer cette méthode. C'est un moyen utile de mesurer la concentration lorsque vous dissolvez un solide dans un liquide et lorsque vous effectuez des calculs avec des solutions relativement volumineuses et faciles à mesurer. Si la quantité de soluté n'est que de quelques milligrammes ou si le solvant est en millilitres, vous devez utiliser une autre méthode.
   • Exemple de problème: Trouvez la concentration (grammes par litre) d'une solution préparée à partir de 3 ml de sel de table pour 2000 ml d'eau. Écrivez votre réponse en grammes / litre.

2. 

   
   
   Convertissez la masse du soluté en grammes. Si le soluté (qui est dissous dans la plus grande quantité de solvant) a été pesé en grammes, ignorez cette étape. Sinon, vous devez convertir les unités en grammes. La conversion à partir d'unités de masse (comme les kilogrammes) est simple si vous regardez les taux de conversion, mais la conversion à partir d'unités de volume (comme les litres) est plus compliquée. Chaque substance a sa propre densité, qui est la valeur qui définit la quantité de matière contenue dans une unité de volume. Recherchez cette densité et multipliez-la par la valeur du volume pour obtenir la masse en grammes, après vous être assuré que l'unité correspond.
   • Dans l'exemple ci-dessus, le sel est le soluté. Le sel est mesuré en unités de volume (ml), vous devez donc le convertir en grammes.
   • La densité du sel est de 1,15 g / mL. Si le problème ne donne pas ces données, vous devriez les rechercher dans un manuel ou une base de données chimique. Vous devez trouver la densité en termes d'unités que vous utilisez (grammes par litre) ou la convertir en unités correctes.
   • Pour trouver la masse de sel présente dans 3 ml, calculez 3 ml × (/ _{1 ml}) = 3,45 grammes de sel.

3. 

   Convertissez les données de solvant en litres. Les solvants sont généralement mesurés en unités de volume, donc la conversion est assez simple. Si le problème est déjà dissolvant en litres, passez à l'étape suivante.
   • Dans l'exemple ci-dessus, nous avons 2000 ml d'eau, il faut donc la convertir en litres.
   • Chaque litre a 1000 ml, donc convertissez par calcul (/ _{1 000 ml}) x (2000 ml) = 2 litres d'eau.
   • Notez que nous organisons la conversion des unités de manière à ce que le mL soit détruit (un au-dessus, un en dessous). Si vous écrivez comme / _{1 L} x 2000 ml donnera un résultat dénué de sens.

4. 

   Divisez le solvant par le soluté. Maintenant que nous avons le poids en grammes de soluté et le volume en litres de solvant, vous trouverez facilement la concentration g / L en divisant:
   • Dans l'exemple ci-dessus, / _{2 litres d'eau} = 1 725 g / L de concentration en sel.

5. 

   Modifiez la formule pour le calcul de gros soluté. En théorie, nous devrions calculer la concentration par le volume de la solution entière, c'est-à-dire additionner le volume de soluté et de solvant ensemble. Lors de la dissolution d'une petite quantité de solides dans une grande quantité de liquide, la différence de volume est négligeable, vous pouvez donc ignorer le volume de soluté et utiliser uniquement le volume de solvant, comme précédemment. Si le volume de soluté est suffisamment grand pour modifier considérablement le volume global, vous devez changer la formule en (g soluté) / (L soluté + L solvant).
   • Dans l'exemple ci-dessus, / (_{2 litres d'eau} + 0,003 L de sel) = 1 722 g / L.
   • La différence entre ce résultat et le résultat original n'est que de 0,003 g / L. Il s'agit d'un très petit écart et presque inférieur à la précision des instruments de mesure.
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Méthode 3 sur 5: Calculez la concentration en pourcentage ou par million

1. 

   Apprenez à appliquer cette méthode. Utilisez cette méthode si le problème demande de trouver «pourcentage contenu» ou «pourcentage massique». En chimie, vous êtes normalement plus préoccupé par la masse d'une substance. Une fois que vous connaissez la masse de soluté et de solvant, vous pouvez trouver le pourcentage de soluté relativement facilement en comparant les deux masses.
   • Exemple de problème: Dissoudre 10 g de chocolat en poudre dans 1,2 litre d'eau chaude. Tout d'abord, calculez le pourcentage en poids de chocolat en solution. Ensuite, écrivez le résultat en parties par million.

2. 

   Convertissez les chiffres en grammes. S'il y a des nombres donnés en unités de volume (comme des litres ou des millilitres), vous devez les convertir en unités de masse en grammes. Puisque chaque substance a une gravité spécifique (masse par volume), vous devez trouver sa spécificité avant de pouvoir trouver la masse:
   • Recherchez la densité de la substance dans un manuel ou recherchez-la en ligne. Convertissez cette densité en gramme ci-dessus (l'unité de volume utilisée dans le problème) si les données trouvées ne conviennent pas. Multipliez la densité par le volume de la substance et vous obtiendrez une masse en grammes.
   • Par exemple: Vous avez 1,2 litre d'eau. La densité de l'eau est de 1000 grammes par litre, alors calculez (/ _{1 L}) x 1,2 L = 1 200 grammes.
   • La masse de chocolat étant donnée en grammes, il n'est pas nécessaire de la changer.

3. 

   Calculez le pourcentage. Une fois que vous avez à la fois la masse de soluté et la masse de solvant en grammes, utilisez cette formule pour calculer le pourcentage: (/ (_{grammes de soluté + gramme de solvant})) x 100.
   • Vous avez 10 grammes de chocolats et vous avez découvert que l'eau est de 1200 grammes. La solution entière (soluté + solvant) a un poids de 10 + 1200 = 1210 grammes.
   • Concentration de chocolat dans la solution entière = / _{(1210 grammes de solution)} = 0,00826
   • Multipliez cette valeur par 100 pour obtenir le pourcentage: 0,00826 x 100 = 0,826, c'est tout un mélange de chocolat à 0,826%.

4. 

   Calculez les ingrédients par million. Nous avons déjà le «pourcentage», donc les parties par million sont calculées exactement de la même manière. La formule est (/ (_{grammes de soluté + gramme de solvant})) x 1 000 000. Cette formule est réécrite dans la notation mathématique de (/ (_{grammes de soluté + gramme de solvant})) x 10.
   • Dans l'exemple ci-dessus, / _{(1210 grammes de solution)} = 0,00826.
   • 0,00826 x 10 = 8260 ppm de chocolat.
   • Habituellement, les parties par million sont utilisées pour mesurer de très petites concentrations car il n'est pas pratique d'écrire en pourcentage. Pour plus de commodité, nous utilisons également le même exemple.
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Méthode 4 sur 5: Calculez la concentration molaire

1. 

   De quoi avez-vous besoin pour appliquer cette méthode? Pour calculer la concentration molaire, vous devez savoir combien de moles de soluté il y a, mais vous pouvez trouver ce chiffre facilement si vous connaissez la masse du soluté et sa formule chimique. Si vous ne disposez pas de toutes ces informations ou si vous n'avez pas appris le concept de «mol» en chimie, utilisez une méthode différente.
   • Exemple de problème: Quelle est la molarité d'une solution préparée en dissolvant 25 grammes d'hydroxyde de potassium dans 400 ml d'eau?
   • Si la masse de soluté est donnée en unités autres que les grammes, vous devez d'abord la convertir en grammes.

2. 

   Calculer la masse molaire du soluté. Chaque élément chimique a une "masse molaire" connue, la masse d'une mole de cet élément. La masse molaire a la même valeur que la masse atomique sur le tableau périodique des éléments, généralement sous le symbole chimique et le nom de chaque élément. Ajoutez simplement la masse molaire des éléments constitutifs qui composent le soluté pour trouver la masse molaire du soluté.
   • L'exemple ci-dessus utilise de l'hydroxyde de potassium comme soluté. Recherchez cette substance dans un manuel ou dans la base de données de formules chimiques pour la formule chimique de l'hydroxyde de potassium: KOH.
   • Utilisez le tableau périodique ou la documentation en ligne pour trouver la masse atomique de l'élément: K = 39,0; O = 16,0; H = 1,0.
   • Additionnez les masses atomiques et écrivez l'unité «g / mol» derrière pour obtenir la masse molaire. 39 + 16 + 1 = 56 g / mol.
   • Pour les molécules avec plus d'un type d'atome, ajoutez la masse atomique de chaque type d'atome. Par exemple, H₂O a une masse molaire de 1 + 1 + 16 = 18 g / mol.

3. 

   Calculez le nombre de moles de soluté. Une fois que vous avez une masse molaire (g / mol), vous pouvez convertir entre grammes et mol. Vous connaissez déjà la masse de soluté en grammes, vous pouvez donc la modifier comme suit (masse de soluté en grammes) x (/ _{masse molaire}) pour obtenir un résultat en grains de beauté.
   • Dans l'exemple ci-dessus, puisque vous avez 25 grammes de substance avec une masse molaire de 56 g / mol, calculez comme suit 25g x (/ _{56 g / mol}) = environ 0,45 mole de KOH en solution.

4. 

   Divisez le volume de la solution en litres pour trouver la concentration molaire. La concentration molaire est définie comme le rapport du nombre de moles de soluté au nombre de litres de solution. Convertissez le volume de solution en litres si nécessaire, puis effectuez le calcul.
   • Dans cet exemple, nous avons 400 ml d'eau, donc ce serait 0,4 litre.
   • La concentration molaire de KOH en solution est / _{0,4 L} = 1 125 M. (Vous obtiendrez des résultats plus précis à l'aide d'une calculatrice et n'arrondirez aucun chiffre avant la dernière étape.)
   • Habituellement, vous pouvez ignorer le volume de soluté car il ne change pas de manière significative le volume de solvant. Si vous dissolvez une quantité de soluté suffisamment grande pour modifier considérablement le volume, mesurez le volume de la solution finale et utilisez ce paramètre.
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Méthode 5 sur 5: Titrage pour calculer la concentration de la solution

1. 

   Sachez quand titrer. Le titrage est une technique utilisée par les chimistes pour calculer la quantité de soluté présente dans une solution. Pour effectuer un titrage, vous devez créer une réaction chimique entre le soluté et un autre réactif (généralement également dissous dans une solution liquide). Puisque vous connaissez la quantité exacte du deuxième réactif et que vous connaissez l'équation chimique de la réaction entre cette substance et le soluté, vous pouvez calculer la quantité de soluté en déterminant la quantité de réactif à ajouter en premier à la solution. lorsque la réaction avec le soluté est terminée.
   • Le titrage est donc une très bonne méthode de calcul de la concentration d'une solution lorsque vous ne savez pas quelle est la quantité initiale de soluté.
   • Si la masse de soluté en solution est connue, aucun titrage n'est nécessaire - déterminez simplement le volume de la solution et calculez la concentration comme indiqué dans la première partie.

2. 

   Préparez l'instrument de titrage. Pour titrer avec précision, vous devez disposer d'instruments chimiques propres, précis et professionnels. En position de titrage, placez la fiole Erlen sous le tube de burette monté sur la pince. La pointe du tube de burette doit reposer dans le col du ballon sans toucher la paroi du ballon.
   • Assurez-vous que tout l'équipement a été nettoyé avant, rincez à l'eau déminéralisée et laissez sécher.

3. 

   Versez la solution dans des flacons et des tubes. Mesurez avec précision une petite quantité de solution de concentration inconnue. Une fois que le soluté est dissous, il est uniformément dispersé dans toute la solution, de sorte que la concentration de cette solution de petit échantillon sera la même que la solution d'origine. Remplissez le tube de burette avec une concentration connue de solution qui réagira avec votre solution. Enregistrez le volume exact de la solution dans le tube de la burette - vous soustrayez le volume final pour trouver le volume total utilisé dans cette réaction.
   • Remarque: Si la réaction entre la solution dans le tube de la burette et la solution dans le ballon de concentration inconnue ne montre aucun signe évident de réaction, vous devez ajouter indicateur dans le pot. En chimie, un indicateur est un produit chimique qui change la couleur de la solution lorsque la réaction atteint un point équivalent ou final. Les indicateurs utilisés pour le titrage sont généralement acides et produisent des réactions redox, mais il existe de nombreux autres types d'indicateurs. Consultez un manuel de chimie ou en ligne pour trouver le bon indicateur de la réaction.

4. 

   Démarrez le titrage. Ajouter lentement la solution du tube de burette (appelée «solution de titrage») dans le ballon. Utilisez un agitateur magnétique ou une tige de verre pour mélanger la solution pendant la réaction. Si la réaction dans la solution est visible, vous verrez des signes tels que changement de couleur, bulles, création d'un nouveau produit, etc. Si vous utilisez un indicateur, un rayon taché apparaîtra lorsque déposer la solution du tube de burette dans le ballon.
   • Si la réaction entraîne une modification du pH ou du potentiel, vous pouvez plonger un papier pH ou un potentiomètre dans le ballon pour surveiller la réaction.
   • Pour un titrage plus précis, vous devez surveiller le pH et le potentiel comme mentionné, en enregistrant les lectures après avoir ajouté le titrant par petits incréments fixes. Tracer le pH ou le potentiel avec le volume de réactif ajouté. Vous verrez que la pente du graphique change très rapidement au point d'équivalence de la réaction.

5. 

   Réduisez la vitesse de titrage. Lorsque la réaction approche du point final, diminuez la vitesse de titrage goutte à goutte à chaque fois. Si vous utilisez un indicateur, les rayons colorés peuvent apparaître plus longtemps. Procédez aussi lentement que possible jusqu'à ce que la dernière goutte fasse cesser exactement la réaction. Quant à l'indicateur, vous devrez remarquer le premier changement de couleur durable dans la réaction.
   • Enregistrez le volume final dans le tube de burette. En soustrayant cela du volume de la solution initiale dans le tube de burette, vous pouvez trouver le volume exact de la solution de titrage utilisée.

6. 

   Calculez la masse du soluté dans la solution. Utilisez l'équation chimique de la réaction entre le titrant et la solution pour trouver le nombre de moles de soluté dans le ballon. Après avoir trouvé le nombre de moles de soluté, divisez par le volume de solution dans le ballon pour trouver la concentration molaire de la solution, ou convertissez le nombre de moles en grammes et divisez par le volume de solution pour trouver la concentration en g / L. . Cela nécessite que vous ayez une connaissance de base de la chimie quantique.
   • Par exemple, supposons que nous utilisons 25 ml de NaOH 0,5 M pour titrer la solution de HCl et l'eau au point équivalent. La solution HCl a un volume de 60 mL avant le titrage. Combien de moles de HCl y a-t-il en solution?
   • Voyons d'abord l'équation chimique de la réaction entre NaOH et HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl.
   • Dans ce cas, une mole de NaOH réagit avec une mole de HCl pour produire le produit (eau et NaCl). Puisque vous ajoutez juste assez de NaOH pour neutraliser tout le HCl, le nombre de moles de NaOH utilisé dans la réaction sera le même que le nombre de moles de HCl dans le ballon.
   • Trouvez la masse de NaOH en moles. 25 mL NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 mol NaOH.
   • Puisque nous avons déduit de l'équation de réaction que le nombre de moles de NaOH utilisées = le nombre de moles de HCl en solution, nous pouvons conclure qu'il y a 0,0125 mole de HCl en solution.

7. 

   Calculez la concentration de la solution. Maintenant que nous connaissons la masse du soluté en solution, trouver la concentration molaire sera facile. Divisez le nombre de moles de soluté en solution par le volume de solution d'essai (ne sont pas volume de solution à partir duquel vous échantillonnez). Le résultat est la concentration molaire de la solution!
   • Pour trouver la concentration molaire de l'exemple ci-dessus, il suffit de diviser le nombre de moles de HCl par le volume de la solution dans le ballon. 0,0125 mol HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M de HCl.
   • Pour convertir la molarité en g / L, ppm ou un pourcentage, vous devez convertir le nombre molaire du soluté en masse (utilisez la masse molaire du mélange de soluté). Pour les ppm et les pourcentages, vous devez également convertir le volume de la solution en masse (utilisez un facteur de conversion comme la densité ou simplement peser), puis multipliez par 10 ou 10, respectivement. avec ppm et pourcentages.
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Conseil

• Bien que les solutés et les solvants puissent exister sous différentes formes de matière (solide, liquide, gaz) lorsqu'ils sont séparés, la solution formée après dissolution du soluté dans le solvant aura la même forme physique. Solvant.
• Utilisez uniquement du plastique ou de la verrerie lors du titrage.

avertissement

• Portez des lunettes et des gants pendant le titrage.
• Soyez prudent lorsque vous travaillez avec des acides forts. Testez sous une hotte lorsqu'il est toxique ou à l'extérieur.