Concentrer (chimie)

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En chimie, concentrer signifie augmenter le rapport entre la quantité d'une substance et le volume du milieu qu'elle occupe.

Plus spécifiquement, la concentration est la mesure de la quantité d'une matière donnée dissoute dans un volume d'une autre substance. Le terme concentration s'applique à toutes sortes de mélanges, mais est surtout utilisé lorsqu’il s'agit de solution. Il s'agit alors de la quantité de soluté dissoute dans un solvant.

Pour concentrer une solution, il faut rajouter du soluté ou réduire la quantité de solvant, par exemple par évaporation sélective.

Concentrer est l'opération inverse de diluer. Pour diluer une solution, a contrario, il faut rajouter du solvant ou diminuer la quantité de soluté.

Il existe une concentration au-delà de laquelle il n'est plus possible de dissoudre du soluté dans la solution : la solution est alors dite saturée. Ce point de saturation (la solubilité de ce soluté dans ce solvant) dépend de nombreuses variables telles que la température, la nature du solvant et celle du soluté.

Méthodes pour concentrer une solution[modifier | modifier le code]

Par simple distillation fractionnée, il est possible d'augmenter le taux de concentration des solutés dans une solution.

Exemples:

  • l'eau de mer est salée parce que des sels sont dissous dans l'eau; on peut augmenter le taux de concentration en évaporant l'eau (dans des marais salants par exemple) et finalement obtenir la matière sèche contenue dans l'eau de mer ou sel marin.
  • Inversement il est possible de diluer l'eau de mer dans de l'eau "pure" c’est-à-dire sans sels. On obtient alors une dilution ou une solution.
  • autres exemples : un sucre dans un café, du sel dans la soupe, etc.

Pour mesurer ou quantifier ces opérations, il existe de nombreuses échelles. La concentration peut être décrite qualitativement ou quantitativement.

Détermination de la concentration[modifier | modifier le code]

Qualitative[modifier | modifier le code]

On peut décrire une solution comme "diluée" ou de "faible" concentration pour une concentration basse et, à l'inverse, on utilisera les mots "concentrée" ou de "forte" concentration. Par exemple: une solution colorée sera plus concentrée si elle contient plus de molécules de solvant coloré.

La solution à gauche est plus faible ou plus diluée que celle de droite qui est plus forte ou plus concentrée.

Quantitative[modifier | modifier le code]

Une description quantitative de la concentration nous donne plus d'informations et est plus utile d'un point de vue scientifique. Il existe de différentes façons pour exprimer une concentration et l'on va examiner les plus courantes.

Remarque: beaucoup d'entre elles nécessitent la mesure de volumes, mesure qui dépend de la température et de la pression. Aussi, si on ne spécifie pas, les mesures sont considérées comme faites à des conditions dites "normales" (c’est-à-dire, 25 degrés Celsius et à 1 atmosphère or 101.325 kPa).

  • concentration en pourcentage massique

pourcentage massique indique la quantité en masse m d'une substance par le pourcentage d'une substance d'un mélange: m/M où M est la masse du tout.

Par exemple: si une bouteille contient 40 grammes d'éthanol et 60 grammes d'eau, elle contient 40 % d'éthanol en masse.

Concentration volumique indique la quantité en volume v d'une substance par le pourcentage d'une substance d'un mélange: v/V où V est le volume du tout.

Par exemple : une bière étiquetée à 5 % signifie qu'elle contient 5 % d'éthanol c’est-à-dire 5 mL par 100 mL

  • Molarité

La molarité indique le nombre de moles du soluté par litre de solution.

  • La molalité indique le nombre de moles du soluté par kilogramme de solvant.

Ce qui a l'avantage de ne pas dépendre de la température.

  • Molinité indique le nombre de mole du soluté par kilogramme de solution.
Remarque: molarité et molinité sont calculés en se ramenant à la solution alors que la molalité se réfère au solvant.
Attention: En cas de risque de confusion il est bon d'indiquer clairement la référence le tout la solution ou le solvant.
  • fraction molaire

Le χ, chi (fraction molaire) indique le rapport du nombre de moles de soluté au nombre total de moles contenu dans la solution (le tout). Exemple: 1 mole de soluté dissous dans 9 moles de solvant est une dilution à 1/10 ou 0,1. C'est de loin la notion la plus simple physiquement et mathématiquement.

Voir les conventions en français 1

Notation en « parts pour »[modifier | modifier le code]

La notation en parts pour est utilisée pour les concentrations très faibles.

Pour décrire les éléments dans la constitution de la croûte terrestre, le niveau de polluants dans l'environnement ou en homéopathie.

    • Parts pour cent ou pourcentage ('%' et très rarement 'ppc') - indique le nombre de parties pour un total divisé en 100. 1 % signifie donc 1 part pour 99 autres particules.
    • Parts pour mille ou pour mille ( '‰') une particule de soluté pour 999 autres particules. C'est à peu près une goutte d'encre dans un verre d'eau ou une seconde dans 17 minutes. 'Parts pour mille' est utilisé le plus souvent pour la salinité de l'eau de mer. 1 part pour 10³.
    • Parts pour un million ou partie par million ('ppm', parts per million en anglais américain) indique une particule d'une substance dans 999 999 autres particules. C'est en gros une goutte d'eau dans un tonneau ou une seconde sur 280 heures. 1 part pour 106.
    • Parts pour un milliard ou partie par milliard ('ppb', parts per billion en anglais amériacin) indique une particule de substance pour 999 999 999 autres particules. C'est en gros une goutte d'encre dans une écluse d'eau ou une seconde sur 32 ans. 1 part pour 109.
    • Parts pour un billion ou partie par billion ('ppt', parts per trillion en anglais américain) indique une particule d'une substance dans 999 999 999 999 autres particles. C'est une goutte d'encre dans un bassin olympique ou une seconde pour 320 siècles. 1 part pour 1012.
    • Parts pour un billiard ('ppq', parts per quadrillion en anglais américain) indique une particule de substance pour 999 999 999 999 999 autres particules. C'est en gros une goutte d'encre dans un grand lac ou une seconde pour 32 000 millénaires.

Il n'y a pas de technique d'analyse qui permette de mesurer de telles dilutions extrêmes : 1 part dans 1015.

Selon le U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST) et son Guide for the Use of the International System of Units (SI), Les unités “ part par million , par milliards etc, ne doivent pas être utilisées dans le SI." [1] liste des expressions alternatives.

Techniques utilisées pour déterminer une concentration[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Note (1) : Ce qui a été décrit en termes de soluté et de solvant reste valable dans tous les cas de mélanges.