Concentration molaire

La concentration molaire d'un constituant, ou molarité, est sa quantité de matière par unité de volume. La notation utilisée est c d'où la formule de définition :

$c = \frac {n} {V}$

$n\,$ : quantité de matière en mol $V\,$ : volume de la solution en litre $c\,$ : concentration molaire en mol/L

Lorsqu'il n'y a pas d'ambiguïté, on utilise simplement le terme « concentration ». Cette notion est surtout appliquée aux constituants en solution, mais elle est également valable à l'état pur et dans les mélanges gazeux. La définition montre que la concentration est une grandeur qui ne dépend pas de la quantité de matière présente ; il s'agit donc d'une grandeur intensive, comme la masse volumique.

En système international c s'exprime en mol/m³ ou mol.m^-3, mais en pratique on utilise traditionnellement les mol/L ou mol.L^-1 avec 1 mol/L = 1000 mol/m³. Par exemple 1 mol d'eau liquide à 25 °C occupe un volume de 0,018 L donc la concentration de l'eau dans l'eau pure est 55,5 mol/L. Dans la vapeur d'eau à 100 °C sous 1 atm ce même volume est 30,6 L donc la concentration de l'eau y est 0,033 mol/L soit 1700 fois moins que dans l'eau liquide.

Dans les solutions ioniques il existe le plus souvent plusieurs espèces chimiques en équilibre. Par exemple une solution d'un acide faible HA de concentration globale c_HA contient les espèces H⁺, A^- et HA à cause de l'équilibre de dissociation HA ⇆ H⁺ + A^-. La concentration de l'espèce X est alors notée [X], soit ici [H⁺],[A^-] et [HA]. Le bilan de matière d'acide s'écrit alors

c_HA = [A^-] + [HA]

Notations

Ces deux notations différentes permettent de distinguer clairement :

• d'une part la concentration globale c_i d'un constituant i obtenue par pesée
• d'autre part les concentrations effectives [X_j] des espèces chimiques X_j qui s'en déduisent par les diverses réactions d'ionisation de complexation ou d'oxydo-réduction.

L'unité mol/L est souvent abrégée en M, par exemple une solution de HCl à 0,1 mol/L est désignée comme une solution 0,1 M de HCl.

Les concentrations sont principalement utilisées dans 3 domaines de la chimie :

• L'analyse quantitative par volumétrie
• La cinétique chimique
• La théorie des ions (théorie de Debye et Hückel).

En thermodynamique on leur préfère les fractions molaires ou les molalités qui ont l'avantage d'être indépendantes de la température et de la pression.

Grandeurs liées

Relation entre concentration massique et concentration molaire

La relation suivante relie la concentration massique du soluté i de masse molaire M_i à sa concentration molaire c_i :

$\varrho_i = c_i \cdot M_i$

Pour le démontrer il suffit de faire le bilan de masse de la quantité de matière n_i de i.

Voir aussi

• Mole
• Solution (chimie)
• Fraction molaire
• Concentration massique
• Ordre de grandeur (concentration)
• Extensivité - intensivité