Concentration - Concentration

En chimie , la concentration est l'abondance d'un constituant divisée par le volume total d'un mélange. Plusieurs types de description mathématique peut distinguer: concentration massique , concentration molaire , la concentration en nombre et concentration en volume . Une concentration peut être n'importe quel type de mélange chimique, mais le plus souvent des solutés et des solvants en solutions . La concentration molaire (quantité) a des variantes telles que la concentration normale et la concentration osmotique .

Étymologie

Le terme concentration vient du mot concentré, du français concentré, de con– + center, signifiant « mettre au centre ».

Description qualitative

Ces verres contenant du colorant rouge montrent des changements qualitatifs de concentration. Les solutions de gauche sont plus diluées que les solutions plus concentrées de droite.

Souvent dans un langage informel et non technique, la concentration est décrite de manière qualitative , par l'utilisation d'adjectifs tels que « diluer » pour des solutions de concentration relativement faible et « concentré » pour des solutions de concentration relativement élevée. Pour concentrer une solution, il faut ajouter plus de soluté (par exemple, de l'alcool), ou réduire la quantité de solvant (par exemple, de l'eau). En revanche, pour diluer une solution, il faut ajouter plus de solvant, ou réduire la quantité de soluté. À moins que deux substances ne soient miscibles , il existe une concentration à laquelle aucun autre soluté ne se dissoudra dans une solution. A ce stade, la solution est dite saturée . Si un soluté supplémentaire est ajouté à une solution saturée, il ne se dissoudra pas, sauf dans certaines circonstances, lorsqu'une sursaturation peut se produire. Au lieu de cela, une séparation de phases se produira, conduisant à des phases coexistantes, soit complètement séparées, soit mélangées sous forme de suspension . Le point de saturation dépend de nombreuses variables telles que la température ambiante et la nature chimique précise du solvant et du soluté.

Les concentrations sont souvent appelées niveaux , reflétant le schéma mental des niveaux sur l'axe vertical d'un graphique , qui peuvent être élevés ou faibles (par exemple, les « niveaux sériques élevés de bilirubine » sont des concentrations de bilirubine dans le sérum sanguin supérieures à la normale ).

Notation quantitative

Il y a quatre quantités qui décrivent la concentration :

Concentration massique

La concentration massique est définie comme la masse d'un constituant divisée par le volume du mélange : ${\displaystyle \rho _{i}}$${\style d'affichage m_{i}}$${\style d'affichage V}$

${\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}.}$

L' unité SI est le kg/m ³ (égal au g/L).

Concentration molaire

La concentration molaire est définie comme la quantité d'un constituant (en moles) divisée par le volume du mélange : ${\style d'affichage c_{i}}$${\style d'affichage n_{i}}$${\style d'affichage V}$

${\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}.}$

L' unité SI est mol/m ³ . Cependant, plus communément l'unité mol/L (= mol/dm ³ ) est utilisée.

Concentration numérique

La concentration en nombre est définie comme le nombre d'entités d'un constituant dans un mélange divisé par le volume du mélange : ${\style d'affichage C_{i}}$${\style d'affichage N_{i}}$${\style d'affichage V}$

${\displaystyle C_{i}={\frac {N_{i}}{V}}.}$

L' unité SI est 1/m ³ .

Concentration volumique

La concentration volumique (à ne pas confondre avec la fraction volumique ) est définie comme le volume d'un constituant divisé par le volume du mélange : ${\displaystyle \sigma _{i}}$${\style d'affichage V_{i}}$${\style d'affichage V}$

${\displaystyle \sigma _{i}={\frac {V_{i}}{V}}.}$

Étant sans dimension, il est exprimé sous forme de nombre, par exemple 0,18 ou 18 % ; son unité est 1.

Il semble qu'il n'y ait pas de notation standard dans la littérature anglaise. La lettre utilisée ici est normative dans la littérature allemande (voir Volumenkonzentration ). ${\displaystyle \sigma _{i}}$

Quantités associées

Plusieurs autres quantités peuvent être utilisées pour décrire la composition d'un mélange. Notez que ceux-ci ne doivent pas être appelés concentrations.

Normalité

La normalité est définie comme la concentration molaire divisée par un facteur d'équivalence . Étant donné que la définition du facteur d'équivalence dépend du contexte (quelle réaction est étudiée), l' IUPAC et le NIST découragent l'utilisation de la normalité. ${\style d'affichage c_{i}}$${\displaystyle f_{\mathrm {eq} }}$

Molalité

(à ne pas confondre avec la molarité )

La molalité d'une solution est définie comme la quantité d'un constituant (en moles) divisée par la masse du solvant ( pas la masse de la solution): ${\style d'affichage b_{i}}$${\style d'affichage n_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {solvant} }}$

${\displaystyle b_{i}={\frac {n_{i}}{m_{\mathrm {solvant} }}}.}$

L' unité SI pour la molalité est mol/kg.

Fraction molaire

La fraction molaire est définie comme la quantité d'un constituant (en moles) divisée par la quantité totale de tous les constituants dans un mélange : ${\style d'affichage x_{i}}$${\style d'affichage n_{i}}$${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }}}.}$

L' unité SI est mol/mol. Cependant, la notation déconseillée parties par est souvent utilisée pour décrire de petites fractions molaires.

Rapport molaire

Le rapport molaire est défini comme la quantité d'un constituant divisée par la quantité totale de tous les autres constituants dans un mélange : ${\style d'affichage r_{i}}$${\style d'affichage n_{i}}$

${\displaystyle r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}.}$

Si est beaucoup plus petit que , le rapport molaire est presque identique à la fraction molaire. ${\style d'affichage n_{i}}$${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

L' unité SI est mol/mol. Cependant, la notation déconseillée parties par est souvent utilisée pour décrire de petits rapports molaires.

Fraction massique

La fraction massique est la fraction d'une substance ayant une masse par rapport à la masse du mélange total , définie comme : ${\style d'affichage w_{i}}$${\style d'affichage m_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }}}.}$

L' unité SI est le kg/kg. Cependant, la notation déconseillée parties par est souvent utilisée pour décrire de petites fractions massiques.

Rapport de masse

Le rapport massique est défini comme la masse d'un constituant divisée par la masse totale de tous les autres constituants d'un mélange : ${\displaystyle \zeta _{i}}$${\style d'affichage m_{i}}$

${\displaystyle \zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.}$

Si est beaucoup plus petit que , le rapport massique est presque identique à la fraction massique. ${\style d'affichage m_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

L' unité SI est le kg/kg. Cependant, la notation déconseillée parties par est souvent utilisée pour décrire de petits rapports de masse.

Dépendance du volume et de la température

La concentration dépend de la variation du volume de la solution avec la température due principalement à la dilatation thermique.

Tableau des concentrations et quantités associées

Type de concentration	symbole	Définition	Unité SI	autre(s) unité(s)
concentration massique	${\displaystyle \rho _{i}}$ ou alors ${\displaystyle \gamma _{i}}$	${\style d'affichage m_{i}/V}$	kg/ m3	g/100 ml (= g/dl)
concentration molaire	${\style d'affichage c_{i}}$	${\style d'affichage n_{i}/V}$	mol/m 3	M (= mol/L)
concentration en nombre	${\style d'affichage C_{i}}$	${\style d'affichage N_{i}/V}$	1/m 3	1 / cm 3
concentration volumique	${\displaystyle \sigma _{i}}$	${\style d'affichage V_{i}/V}$	m 3 /m 3
Quantités associées	symbole	Définition	Unité SI	autre(s) unité(s)
normalité		${\displaystyle c_{i}/f_{\mathrm {eq} }}$	mol/m 3	N (= mol/L)
molalité	${\style d'affichage b_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/m_{\mathrm {solvant} }}$	mol/kg
fraction molaire	${\style d'affichage x_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/n_{\mathrm {tot} }}$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
rapport molaire	${\style d'affichage r_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/(n_{\mathrm {tot} }-n_{i})}$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
fraction massique	${\style d'affichage w_{i}}$	${\displaystyle m_{i}/m_{\mathrm {tot} }}$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
rapport de masse	${\displaystyle \zeta _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/(m_{\mathrm {tot} }-m_{i})}$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
fraction volumique	${\displaystyle \phi _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/\sum _{j}V_{j}}$	m 3 /m 3	ppm, ppb, ppt

Voir également

• Rapport de dilution
• Concentration de dose
• Dilution en série
• Problème de mélange vin/eau

Les références