Concentration

Définition

En biochimie, une concentration fait référence à la mesure de la quantité d'un sous-composant dans une solution. La concentration d'une substance chimique exprime la quantité d'une substance présente dans un mélange. Il existe de nombreuses façons d'exprimer la concentration.

Les chimistes utilisent le terme soluté pour décrire la substance d'intérêt et le terme solvant pour décrire le matériau dans lequel le soluté est dissous. Par exemple, dans une canette de soda (une solution de sucre dans de l'eau gazeuse), il y a environ douze cuillères à soupe de sucre (le soluté) dissous dans l'eau gazeuse (le solvant). En général, le composant qui est présent en plus grande quantité est appelé le solvant.

Des concentrations croissantes :

La concentration massique - comme la concentration molaire, la molalité, la fraction massique - est une quantité permettant de mesurer la concentration d'un soluté dans la solution. C'est le rapport de la masse d'un soluté présent dans la solution au volume de la solution. Il nous indique combien de soluté est présent dans un volume donné de la solution.

Explications

Il existe de nombreuses façons d'exprimer les concentrations. Certaines des unités de concentration les plus courantes sont :

• masse par unité de volume (concentration massique) : par exemple, des milligrammes par millilitre (mg/mL) ou des milligrammes par centimètre cube (mg/cm³). Notez que 1 mL = 1 cm³ et que cm³ est parfois noté "cc" (voir unités de volume et unités de masse). La masse par unité de volume est pratique lorsqu'il s'agit de déterminer la solubilité d'un matériau dans l'eau ou dans un solvant particulier. Par exemple, "la solubilité de la substance X est de 3 grammes par litre".
• pourcentage en masse (pourcentage en poids) : il s'agit simplement de la masse du soluté divisée par la masse totale de la solution et multipliée par 100 %. La masse de la solution est égale à la masse du soluté plus la masse du solvant. Par exemple, une solution composée de 30 grammes de chlorure de sodium et de 70 grammes d'eau serait à 30 % de chlorure de sodium en masse. Pour éviter toute confusion quant à savoir si une solution est en pourcentage en poids ou en pourcentage en volume, le symbole "w/w" (ou "p/p" pour poids à poids) est souvent utilisé après la concentration, comme "solution d'iodure de potassium à 10 % dans l'eau (w/w)".
• pourcentage en volume (concentration volumique) : il n'est généralement utilisé que pour les mélanges de liquides. Le pourcentage en volume est simplement le volume du soluté divisé par la somme des volumes des autres composants multiplié par 100 %. Si nous mélangeons 30 mL d'éthanol et 70 mL d'eau, le pourcentage d'éthanol en volume sera de 30 % MAIS le volume total de la solution ne sera PAS de 100 mL (bien qu'il soit proche). C'est parce que les molécules d'éthanol et d'eau interagissent différemment les unes avec les autres qu'elles ne le font avec elles-mêmes. Pour éviter toute confusion quant à savoir si nous avons une solution en pourcentage en poids ou en pourcentage en volume, nous pourrions l'étiqueter comme "30 % d'éthanol dans l'eau (v/v)" où v/v signifie "volume à volume".
• molarité (concentration molaire) : le nombre de moles de soluté dissous dans un litre de solution. Par exemple, si nous avons 90 grammes de glucose (masse molaire = 180 grammes par mole) cela correspond à 0,50 mole de glucose. Si nous plaçons 0,5 mol de glucose dans un flacon et ajoutons de l'eau jusqu'à ce que le volume total = 1 litre (1 L), nous aurions une solution 0,5 molaire. La molarité est généralement notée avec un M majuscule en italique, c'est-à-dire une solution de 0,50 M ou avec des unités de mol/L. La molarité est exprimée en moles de soluté par litre de solution, et non par litre de solvant ! La molarité change légèrement avec la température car le volume d'une solution change avec la température.
• normalité : très similaire à la molarité, mais au lieu d'être le nombre de moles de soluté dissous dans un litre de solution, elle reflète le nombre d'équivalents molaires par litre de solution. Les unités sont données en eq/L ou un "N" majuscule en italique comme dans 1.4 N. La normalité n'est généralement utilisée que lorsqu'une substance a plus d'une sous-espèce qui peut participer à une réaction spécifiée, comme un proton pour les réactions acide/base, un électron pour les réactions d'oxydation/réduction ou dans les réactions de précipitation. Par exemple, l'acide sulfurique possède deux protons ionisables (H⁺) qui peuvent participer à la neutralisation d'une base telle que la soude, NaOH. Donc si la concentration de notre solution d'acide sulfurique est de 1 M (mol/l) exprimée en molarité alors elle est de 2 N exprimée en normalité. Nous appelons ces solutions 1 molaire et 2 normales, respectivement.
• molalité : est le nombre de moles de soluté dissous dans un kilogramme de solvant. Remarquez les deux principales différences entre molarité et molalité. La molalité utilise la masse plutôt que le volume et utilise un solvant au lieu d'une solution. Contrairement à la molarité, la molalité est indépendante de la température car la masse ne change pas avec la température. Si nous devions placer 90 grammes de glucose (0,50 mole) dans un flacon puis ajouter un kilogramme d'eau, nous aurions une solution à 0,50 molal. La molalité est généralement indiquée par un petit m en italique, c'est-à-dire une solution de 0,50 m. Remarque : "m" a également d'autres significations possibles sur les fiches de données de sécurité, alors regardez attentivement le contexte.
• parties par million (ppm) : fonctionnent comme un pourcentage en masse, mais sont plus pratiques lorsqu'il n'y a qu'une petite quantité de soluté. PPM est défini comme la masse du composant en solution divisée par la masse totale de la solution multipliée par 10⁶ (un million). Une solution avec une concentration de 1 ppm contient 1 gramme de substance pour chaque million de grammes de solution. Parce que la densité de l'eau est de 1 g par ml et que nous ajoutons une si petite quantité de soluté, la densité d'une solution à une concentration aussi faible est d'environ 1 g par ml. Par conséquent, en général, un ppm implique un milligramme de soluté par litre de solution. Enfin, 1 % = 10 000 ppm. Par conséquent, quelque chose qui a une concentration de 300 ppm pourrait également avoir une concentration de (300 ppm/10 000 ppm/pourcent) = 0,03 % en masse.
• parties par milliard (ppb) : rarement utilisé en système métrique car Milliard a la même initiale que Million; l'emploi est quasiment uniquement par les anglophones car un milliard est dit billion. Cela fonctionne comme les ppm ci-dessus, mais en multipliant par 10⁹ (un milliard).
• parties par trillion (ppt) : fonctionne comme des parties par million et des parties par milliard sauf qu'il faut multiplier par mille milliards (10¹²). Là encore, il existe des confusions entre anglais et système métrique avec les significations peu accordées entre billion et trillion. Par exemple, 1 ppt = 1 mg/tonne (microgramme par tonne). Il existe aussi les parties par quadrillion (ppq) valant 10^-15, mais là encore, des confusions sont possibles entre anglais et français. ✅ Il existe peu de solutés, voire aucun, qui sont nocifs à des concentrations aussi faibles que 1 ppt. 🚩 Remarque : "ppt" est parfois utilisé comme raccourci de laboratoire pour précipité, ce qui n'a aucun rapport.

En rapport avec "concentration"

• concentration molaire

  

  La concentration molaire (M ou c) d'une espèce chimique, ou molarité, est la quantité de moles d'un soluté par litre de solution.

• gradient de concentration

  

  En chimie, le gradient de concentration est le changement progressif de la concentration de solutés dans une solution en fonction de la distance à travers...

• osmolarité

  

  L'osmolarité est la pression osmotique générée par les solutés présents dans 1 litre de solution.

• raceway

  

  Un raceway est le mot anglophone désignant un ouvrage généralement construit hors sol, dont la configuration est linéaire et tout en longueur, dont le taux...