Les solutions - concentrations

 

Les solutions - concentration

1) définition d’une solution en chimie

Une solution est un mélange homogène composé :

• D’une espèce chimique liquide constituant le composant majoritaire appelé : solvant

• D’une ou de plusieurs autres espèces chimiques minoritaires appelées : solutés

La solution aqueuse :

Une solution est dite aqueuse si le solvant est de l’eau.

Définition: une solution aqueuse est un mélange homogène constituée majoritairement d’eau et d’autres espèces chimiques dissoutes.  Les solutés sont le plus souvent des composés initialement solides mais ils peuvent aussi être liquides ou gazeux.

Exemples : Boissons gazeuses, vinaigre, jus d’orange, sirop, ….

2) Concentration d’une solution aqueuse

La couleur de la solution dépend de la quantité de diode présente dans chaque solution

2.1) Concentration en masse(massique)

Exemples :

La concentration en masse (aussi appelée concentration massique) est une grandeur reflétant la proportion en masse d’un soluté dans une solution aqueuse. 

Si une solution aqueuse contient une masse “m” de soluté dissout dans une solution aqueuse de volume “V” alors la concentration massique “Cm” correspond au rapport de la masse “m” par le volume “V”:

Application :

Une solution aqueuse a un volume de 250 mL et contient 10,0 g de glucose dont la concentration massique a pour valeur:

                          C_m =40 g.L^-1

 Connaitre la notion de solution en chimie

Savoir exprimer la concentration massique et molaire d’une solution

Connaitre les deux méthodes de préparation d’une solution aqueuse.

2.2)Concentration molaire

La concentration molaire est une grandeur reflétant la proportion en quantité de matière d’un soluté dans une solution acqueuse               

Quantité de matière “n” soluté est en mole (mol) Le volume de solution “V” est litre (L) §  La concentration molaire C est exprimée en mole par litre (mol.L-1)

Si une solution aqueuse contient une quantité de matière “n” de soluté dissout dans une solution aqueuse de volume “V” alors la concentration molaire C correspond au rapport de quantité de matière “n” par le volume “V”:

Application

Une solution aqueuse a un volume de 250 mL et contient 0,025 mol de glucose dont la concentration molaie a pour valeur:

        C =0,1 mol.l^-1

3) Concentration en masse maximale

La quantité de soluté qu’il est possible de dissoudre dans de l’eau est toujours limitée et dépend du soluté.

Définition 
La concentration en masse maximale d’un soluté correspond à la valeur de concentration en masse la plus élevée qui peut être atteinte pour ce soluté.
Par exemple la solubilité du carbonate de sodium dans l’eau est s=21,5 g.L^-1 ce qui signifie qu’un litre de solution aqueuse peut au maximum comporter 21,5 g de carbonate de sodium dissout.
Lorsque la concentration en masse d’un soluté atteint sa valeur maximale alors la solution est dite saturée en ce soluté.

4) Préparation d’une solution

Il existe deux méthodes pour préparer une solution aqueuse:

• Par dissolution
• Par dilution

4.1) Préparation d’une solution aqueuse par dissolution

La solution est préparée en dissolvant le soluté dans l’eau.

Méthode :

Relation entre concentration molaire et concentration massique

Exemple :Déterminer la masse du glucose dans la solution précédente. On donne la masse molaire du glucose M=180g/mol

Cm=M.C=180.0,1=18g/l . Or Cm=m/V, donc m=V.Cm=0,25.18=4,5g

La masse “m” de soluté à dissoudre est pesée puis introduite dans une fiole jaugée dont la contenance correspond à un volume “V”

4.2) Préparation d’une solution aqueuse par dilution

La solution est préparée par ajout d’eau à une autre solution aqueuse.

La solution utilisée pour la préparation est qualifiée de solution mère tandis que la solution préparée est qualifiée de solution fille.

Méthode

• Un volume V₀ de solution mère de concentration C₀ est prélevée (avec une pipette jaugée) puis ajoutée dans une fiole jaugée de volume “V”.
• De l’eau est ajoutée jusqu’au trait de jauge afin d’obtenir une solution diluée (une solution fille)

La solution fille préparée par dissolution contient une quantité de matière n = C₀ x V₀ de soluté dissous dans un volume “V” de solution, par conséquent la concentration molaire de la solution est:

C.V=C₀ .V₀

            Le sérum physiologique peut être utilisé pour le rinçage de l’œil ou des sinus.
Il est alors conditionné en ampoules de volume V = 5,0 mL contenant une masse m = 45 mg de chlorure de sodium.
Calculer la concentration massique du chlorure de sodium dans le sérum physiologique.

Quelle est la quantité de matière d’acide benzoïque contenue dans un volume

V = 23,0 mL d’une solution d’acide benzoïque de concentration molaire

C = 1,5 x 10 ^{– 2} mol / L.

1,5 x 10 ^{– 2}   mol

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Equilibre d'un corps susceptible de tourner autour d'un axe fixe

 

1.Moment d’une force par rapport à un axe

1.1.L’effet de rotation d’une force

Conclusion:

Une force appliquée à un solide qui peut tourner autour d’un axe fixe, a un effet de rotation si sa droite d’action:

• N’est pas  parallèle à l’axe de rotation ∆
• Ne coupe pas l’axe de rotation 

1.2.moment d’une force par rapport à un axe fixe

On considère une barre métallique de longueur L=100cm pouvant tourner

autour d'un axe fixe (𝜟) passant par son centre d’inertie 𝑮. On néglige les frottements entre le corps solide et l’axe (𝜟) . A l’équilibre, la règle est horizontale. On accroche au point 𝑨 un corps (𝐒) de masse 𝒎 = 2𝟎𝟎 𝒈 par un fil (𝒇1). On atteint l'équilibre initial, exerçant une force à différents points (A,B,C et D) comme indiqué dans la figure ci-dessus. L’intensité de cette force exercée par le fil (f2) est mesurée à l’aide d’un dynamomètre.

Point	A	B	C	D
d (m)	0,1	0,2	0,3	0,4
F (N)	4	2	1,3	1
F.d (N.m)	0,4	0,4	3,9	0,4

La valeur de F.d reste constante.

Le moment d’une force par rapport à un axe, est son pouvoir de faire tourner un corps autour de cet axe.

L’expression du moment d’une force par rapport à un axe (Δ) orthogonal à la ligne d’action de la force s’exprime :

F:intensité de la force (N)

d: distance qui sépare l’axe (Δ) de la ligne d’action de (bras du levier) (m)

 

Le signe du moment ± dépend du choix du sens positif de rotation choisi.

Exercice d’application: On considère un barre métallique homogène(voir figures)

1. Déterminer la valeur du moment de la force 𝐹 par rapport à l’axe ∆  dans la figure 1

2. Déterminer (par calcul) l’indication du dynamomètre dans la figure2

2. Moment d’un couple de deux forces

2.1.Définition d’un couple de deux forces

2.2. Moment d’un couple

Le moment d’un couple par rapport à un axe (Δ) normal au plan du couple s’exprime:
            MC = ± F×d   (N.m)

3. Théorème des moments (2^ème condition d’équilibre)

2.1.Activité expérimentale:

La barre métallique est en équilibre.
1. Faire le bilan des forces appliquées à la barre.
2. Exprimer et calculer le moment de chaque force par rapport à l’axe de rotation (∆).
3. Conclure

4. Moment d’un couple de torsion

5.Conditions d’équilibre d’un corps solide qui peut tourner autour d’un axe fixe

Exercice d'application:

Une barre AB a une masse de 2 kg. Elle est mobile autour de l'axe situé en O.
On donne AO = 40 cm et AB = 120 cm, g=10N/Kg
1- Quel est le poids P de la barre ? On prendra g = 10 N/kg.
2- Quel doit être le poids PB de la charge appliquée en B afin que la barre soit en équilibre ?
3- On place une charge PA en A de 2 N, quel doit être le nouveau poids PB pour que le barre soit en équilibre ?

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