Qu’est-ce que la concentration d’une solution ?
Une solution est un mélange homogène : le soluté (sel) est dissous molécule par molécule dans le solvant (eau). La concentration répond à la seule question qui compte alors chimiquement — à quel point est-ce serré ? — car les réactions se produisent particule à particule, et une solution concentrée réagit à un autre rythme qu’une solution diluée. Toute unité de concentration jamais inventée n’est qu’une fraction : quelque chose par quelque chose. Lisez attentivement les deux « quelque chose » et aucune unité ne vous surprendra.
La seule règle à retenir : vérifiez le numérateur et le dénominateur. Les moles par litre de solution (M) et les moles par kilogramme de solvant (m) diffèrent de plus d’une lettre — les dénominateurs mesurent des choses différentes.
Molarité, molalité, normalité : trois dénominateurs
La molarité (M) est le nombre de moles de soluté par litre de solution — l’outil de travail du laboratoire, car pipettes et fioles jaugées mesurent des volumes. Sa faiblesse : le volume se dilate avec la température, si bien que 1,0000 M à 20 °C n’est pas 1,0000 M à 40 °C. La molalité (m) divise par les kilogrammes de solvant, que la chaleur ne modifie pas — c’est pourquoi les calculs colligatifs (abaissement de la température de congélation, élévation de la température d’ébullition) l’exigent. La normalité (N) compte les équivalents par litre au lieu des moles : une mole de H2SO4 fournit deux équivalents acides, si bien que 0,5 M de H2SO4 vaut 1 N — le champ des équivalents du panneau (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) n’est que cette conversion. Pour préparer 1 L de NaCl à 0,1 M : pesez 5,844 g, dissolvez dans un volume inférieur à un litre, puis complétez à exactement 1,000 L dans une fiole jaugée — le volume final, et non l’eau ajoutée.
Dilution : les moles de départ sont les moles conservées
Diluer ajoute du solvant, jamais du soluté : les moles se conservent donc. C1V1 = C2V2 ne dit rien d’autre que « moles avant = moles après », le volume ayant été divisé. L’exemple du panneau Dilution : une solution mère à 10 M, 50 mL prélevés, complétés à 250 mL — l’augmentation de volume par cinq divise exactement la concentration par cinq, C2 = 2,0000 M avec un facteur de dilution de 5,0×. La même comptabilité, lue à l’envers, indique quel volume de solution mère prélever pour une concentration visée — le pain quotidien de la préparation des tampons.
Pourcentage et ppm : la concentration du quotidien
Les solutions en pourcentage sont des rapports pour cent, déclinés en trois variantes qu’il ne faut jamais confondre : m/v (grammes de solide pour 100 mL de solution — la valeur par défaut des laboratoires de biologie), v/v (mL pour 100 mL, utilisé pour un liquide dans un liquide comme l’éthanol) et m/m (grammes pour 100 g, insensible à la contraction de volume). L’exemple du panneau des pourcentages : 5 g dissous jusqu’à 100 mL font 5 % (m/v) = 50 g/L. Pour les solutions aqueuses très diluées, les ppm prennent le relais — définis pour l’eau comme des mg/L, car un litre de solution diluée pèse pratiquement un kilogramme. Le panneau ppm convertit un même échantillon dans tous les sens : 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001 % = 1 mg/L.
Le pont de la masse molaire
Les concentrations s’énoncent en moles, mais les flacons et les balances parlent en grammes, et la traduction entre les deux est la masse molaire. Le NaCl pèse 58,440 g/mol (le panneau le calcule à partir des mêmes masses atomiques que la page Masse molaire), si bien que dissoudre 58,440 g et compléter à exactement 1 L donne 1,0000 M — c’est toute la recette d’une solution étalon. Le panneau de molarité accepte soit une formule (masse calculée par l’analyseur intégré), soit une masse simple, puis affiche côte à côte les moles, la molarité, la normalité ou les ppm.
Idées reçues courantes
- M et m sont la même unité. Litre de solution contre kilogramme de solvant : pour une eau diluée à température ambiante, les deux coïncident presque, ce qui explique pourquoi le panneau indique sa molalité comme une approximation.
- Le ppm signifie la même chose partout. Le mg/L est un raccourci propre à l’eau. Dans les mélanges gazeux et les solides, le ppm est strictement un rapport massique (ou molaire).
- Diluer change la quantité de soluté. Seulement la concentration. Les 50 mL de solution mère à 10 M et les 250 mL de produit à 2 M de l’exemple contiennent exactement les mêmes 0,50 mol.
- Les volumes ne sont pas additifs. 50 mL d’éthanol et 50 mL d’eau donnent environ 97 mL — le mélange se contracte. C’est pourquoi les pourcentages v/v précisent « compléter au volume » plutôt que « ajouter ».
Outils associés : Masse molaire (le traducteur grammes↔moles), Équilibreur d’équations (stœchiométrie sur ces moles), et Acide-base (où les concentrations deviennent un pH).
