Chimie

Caractériser une solution

sciences · Durée indicative : 6 h

Distinguer atome, molécule et ion, reconnaître la verrerie de laboratoire, puis préparer une solution de concentration massique donnée par dissolution (Cm = m / V en g/L). Réaliser une dilution, mesurer un pH et reconnaître le caractère acide, basique ou neutre d'une solution, comme les bains de traitement photographique ou les solutions d'entretien d'atelier.

1. Atomes, molécules et ions

Les trois acteurs de la matière.
• L'atome est la brique élémentaire de la matière (ex. : atome de carbone C, d'oxygène O, d'hydrogène H).
• La molécule est un assemblage d'atomes, électriquement neutre (ex. : molécule d'eau H2O : 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène).
• L'ion est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu ou gagné des électrons : il est donc chargé électriquement. Ion positif (ex. : ion sodium Na+) ou ion négatif (ex. : ion chlorure Cl−).
Exemple. Le sel de cuisine NaCl se dissout dans l'eau en se séparant en ions sodium Na+ et ions chlorure Cl−. Une solution d'eau salée contient donc des molécules d'eau H2O et des ions : c'est ce qui la distingue de l'eau pure.

2. La verrerie de laboratoire

MatérielUtilisation principaleMesure précise ?
BécherContenir, mélanger, chaufferNon (volume approximatif)
Éprouvette graduéeMesurer un volumeMoyenne
Pipette jaugéePrélever un volume exactOui
Fiole jaugéePréparer un volume exact de solutionOui
BalanceMesurer une masseOui
Sécurité. Avant toute manipulation, lire l'étiquette du produit : les pictogrammes indiquent les risques (corrosif, irritant…). Porter blouse, lunettes et gants adaptés, et trier les déchets chimiques dans les bons bidons.

3. La concentration massique

Définitions.
• Le soluté est l'espèce dissoute ; le solvant est le liquide qui dissout (souvent l'eau : solution aqueuse).
• La concentration massique d'un soluté est la masse de soluté dissous par litre de solution.
Relation.
Cm = m ÷ V
• Cm : concentration massique en grammes par litre (g/L) ;
• m : masse de soluté en grammes (g) ;
• V : volume de solution en litres (L).
On en déduit : m = Cm × V et V = m ÷ Cm.
Exemple détaillé. On prépare un bain de fixateur photo en dissolvant m = 40 g de concentré en poudre dans de l'eau pour obtenir V = 2,0 L de solution.
Cm = m ÷ V = 40 ÷ 2,0 = 20 g/L.
Chaque litre de bain contient donc 20 g de produit actif.

4. Préparer une solution : dissolution et dilution

Préparation par dissolution (protocole).
1. Peser la masse m de soluté à la balance (calculée avec m = Cm × V).
2. L'introduire dans une fiole jaugée à l'aide d'un entonnoir, en rinçant la coupelle.
3. Remplir la fiole aux deux tiers avec de l'eau distillée et agiter pour dissoudre.
4. Compléter avec de l'eau jusqu'au trait de jauge, boucher, retourner pour homogénéiser.
La dilution.
Diluer, c'est ajouter du solvant à une solution : le volume augmente, la quantité de soluté ne change pas, donc la concentration diminue. Si l'on dilue une solution 10 fois (facteur de dilution f = 10), sa concentration est divisée par 10.
Exemple : un concentré de révélateur à 100 g/L dilué 10 fois donne un bain à 10 g/L.

5. Le pH : acide, neutre ou basique

Échelle de pH de 0 à 14 avec les zones acide, neutre et basique et des exemples
L'échelle de pH : en dessous de 7 la solution est acide, à 7 elle est neutre, au-dessus de 7 elle est basique.
Définition. Le pH est une grandeur sans unité, comprise entre 0 et 14, qui caractérise une solution aqueuse :
• pH < 7 : solution acide ;
• pH = 7 : solution neutre ;
• pH > 7 : solution basique.
Mesure du pH.
• Au papier pH : on dépose une goutte de solution sur le papier et on compare la couleur à l'échelle (mesure rapide, approximative).
• Au pH-mètre : on plonge l'électrode étalonnée dans la solution (mesure précise au dixième).
Effet de la dilution sur le pH.
• Diluer une solution acide fait augmenter son pH vers 7.
• Diluer une solution basique fait diminuer son pH vers 7.
La dilution ne permet jamais de dépasser 7 ni de changer le caractère de la solution.
Exemple. Un bain révélateur doit être utilisé à pH ≈ 10 (basique). Le pH-mètre indique 9,9 : le bain est conforme. En rinçant la cuve à l'eau, on dilue le bain : son pH se rapproche de 7. À l'inverse, un fixateur est légèrement acide (pH ≈ 5) : les deux bains ne se mélangent pas, et on porte gants et lunettes car les produits sont irritants (pictogrammes sur les flacons).
À retenir.
• Atome (brique), molécule (assemblage neutre), ion (chargé).
• Cm = m ÷ V en g/L ; dissolution en fiole jaugée ; dilution = ajout de solvant, la concentration diminue.
• pH < 7 acide, pH = 7 neutre, pH > 7 basique ; la dilution rapproche le pH de 7.

Exercices d'entraînement