\chapter{Les solutions aqueuses}

\section{Introduction}
\begin{exointro}{Lycée Lakanal, Sceaux}
À partir d’une poudre de sulfate de cuivre anhydre, on souhaite préparer \mbox{50 mL} d’une solution de
sulfate de cuivre dont la concentration en masse est \mbox{0,2 g.L$^{-1}$.}
\begin{questions}
\item Quelle masse de sulfate de cuivre doit-on peser pour réaliser la solution ?
\item Comment s’appelle ce type de préparation où l’on obtient une solution à partir d’une poudre à
laquelle on ajoute de l’eau distillée ?
\item Quel verrerie doit-on impérativement utiliser pour mesurer les 50 mL de la solution finale ? Donner
le protocole à suivre pour obtenir la solution désirée.
\item On souhaite à présent obtenir, à partir de la solution préparée précédemment, 100 mL d’une solution
de 10 fois moins concentrée. Donner le protocole à suivre pour obtenir la nouvelle solution en donnant
le nom de ce type de préparation.
\end{questions}
\end{exointro}

Ce chapitre introduit la notion de \index{concentration!molaire}concentration en masse d'une espèce moléculaire dissoute, et présente des résultats relatifs
à la dilution d'une solution.

\section{Définitions}

Introduisons une petite quantité de sucre (saccharose,
de formule brute C$_{12}$H$_{22}$O$_{11}$) dans un bécher contenant
de l'eau distillée et agitons. Les cristaux de sucre disparaissent :
on dit que le sucre est dissout.

\newpage

\begin{defin}
  L'espèce chimique \index{dissolution}dissoute est appelée le \emph{soluté}.
\end{defin}
Dans l'exemple
ci-dessus le sucre est le \index{solute@soluté}soluté. 

\begin{defin}
L'espèce dans laquelle le 
soluté est dissout est appelé le {\em \index{solvant}solvant}. 
\end{defin}
\enlargethispage*{3em}

Dans l'exemple 
ci-dessus l'eau joue le rôle de solvant. 
L'ensemble \{soluté+solvant\} est appelé {\em solution}. Lorsque
le solvant est l'eau, on parle de {\em \index{solution aqueuse}solution aqueuse} (du
latin {\em aqua}, eau).



\section{Concentration en masse d'une solution}

La \index{concentration}concentration en masse d'une solution nous
informe sur la quantité de soluté dissout dans cette solution. Elle
représente la masse de soluté par unité de volume de la solution.

Elle s'exprime généralement en grammes par litre, de symbole
g.L$^{-1}$.

\begin{aretenir}
  Si l'on introduit une masse $m$ d'un soluté dans une solution de
  volume $V$, la concentration en masse $C_m$ du soluté est donnée par:
\[C_m=\frac mV.\]
\end{aretenir}

Notons que l'on ne peut pas augmenter indéfiniment la concentration 
d'une solution en y rajoutant du soluté. À partir d'une 
certaine concentration qui dépend du couple (solvant, soluté), 
la solution est dite {\em \index{saturation}saturée} et les molécules de soluté 
qui sont rajoutées après saturation ne sont plus dissoutes. 

\begin{defin}
On appelle solubilité la concentration en masse maximale d'un soluté 
dans un solvant donné. 
\end{defin}




\begin{attention}
  Il ne faut pas confondre la concentration en masse avec la masse
  volumique, bien qu'elles puissent s'exprimer dans les mêmes
  unités. La première s'applique seulement au cas d'espèces dissoutes
  en solution, la seconde s'applique aux composés homogènes, aussi
  bien liquides que solides ou gazeux.
\end{attention}

\newpage

\enlargethispage*{5em}

\begin{solintro}
\begin{questions}
\item La concentration en masse souhaitée est $C_m = 0,2$ g.L$^{-1}$ pour une solution de volume $V = 50 \text{mL} = 50 \times 10^{-3} \text{L}$.

D’après la formule de la concentration en masse, la masse de soluté à introduire est donc:
\[
m = C_m × V = 0,2 \times 50 \times 10^{-3} = 10^{-2}\text{ g}.
\]
\vspace*{-2em}
\begin{Remarque}
on peut également résoudre le problème de la manière suivante : Si 1 litre de solution contient 0,2 g, 50 mL de solution contiendront $0,2 \times 50 \times 10^{-3} = 10^{-2}$ g de solution. Il faut donc peser 0,01 g de sulfate de cuivre anhydre.
\end{Remarque}

\item Ce type de préparation est une dissolution.

\item Pour réaliser une dissolution il faut impérativement utiliser une fiole jaugée pour mesurer le volume
finale de la solution. C’est la verrerie qui permet d’obtenir la meilleure précision.

Le protocole de la dissolution est le suivant :
\begin{itemize}
\item Dans une coupelle, peser 0,01 g de poudre de sulfate de cuivre anhydre grâce à une balance.
\item Introduire la poudre ainsi pesée dans une fiole jaugée de 50 mL en utilisant un entonnoir à solide.
\item Rincer la coupelle et l’entonnoir à l’eau distillée en plaçant l’eau de rinçage dans la fiole afin de ne
pas avoir de perte de poudre sur les parois des ustensiles.
\item Ajouter de l’eau distillée dans la fiole jusqu’à mi-hauteur.
\item Agiter jusqu’à dissolution totale de la poudre.
\item Compléter d’eau distillée en terminant avec une pipette compte-gouttes pour que le bas du ménisque arrive au niveau du trait de jauge.
\item Boucher la fiole et agiter pour homogénéiser.
\end{itemize}

\item Il s’agit à présent d’une dissolution dont le protocole est le suivant :
\begin{itemize}
\item Prélever 10 mL de la solution mère grâce à une pipette jaugée de \mbox{10 mL.}
\item Introduire la solution ainsi prélevée dans une fiole jaugée de 100 mL.
\item Ajouter de l’eau distillée jusqu’à mi-hauteur et agiter pour homogénéiser la solution.
\item Compléter d’eau distillée en terminant avec une pipette compte-gouttes pour que le bas du ménisque arrive au niveau du trait de jauge.
\item Boucher la fiole et agiter pour homogénéiser.
\end{itemize}
Notons que les protocoles pour réaliser une dilution et une dissolution sont à connaître.
\end{questions}
\vspace*{-1.5em}
\end{solintro}
