Solutions aqueuses et concentration en masse : cours de 2de

Un sirop trop dilué n'a presque pas de goût, une eau de mer plus chargée en sel qu'une autre n'a pas les mêmes effets, un médicament en solution buvable doit contenir une quantité précise de principe actif dans chaque cuillère. Dans tous ces cas, dire « il y a du produit dedans » ne suffit pas : il faut dire combien il y en a, par rapport à quel volume.

C'est le rôle de la concentration. Dans ce cours, tu apprends à décrire une solution aqueuse, puis à calculer et à utiliser sa concentration en masse. Tu t'appuies sur ce que tu connais déjà : la différence entre un corps pur et un mélange, et l'idée qu'on peut identifier des espèces chimiques dans un mélange.

Le programme de seconde introduit la concentration en masse d'un soluté. La concentration en quantité de matière, qui demande la masse molaire, n'arrive qu'en classe de première ¹. Cette organisation en deux temps est volontaire : on commence par la grandeur la plus simple, qui ne fait intervenir que des masses et des volumes que tu sais mesurer avec une balance et de la verrerie.

Remarque importante : le liquide obtenu est transparent, mais pas forcément incolore. Une solution de sulfate de cuivre est bleue et pourtant limpide. Transparent ne veut pas dire « sans soluté ». Inversement, un mélange trouble où l'on voit des particules n'est pas une solution : c'est un mélange hétérogène ou une suspension.

Pour comparer deux solutions, on rapporte la quantité de soluté au volume de liquide. Il existe plusieurs façons de mesurer la quantité de soluté. La plus directe consiste à la peser : c'est la concentration en masse. Elle fait partie des notions d'entrée du programme de seconde sur les solutions ¹.

Lis la formule comme une phrase : $t = 20\ \text{g/L}$ signifie « dans chaque litre de solution, il y a 20 grammes de soluté dissous ». Plus $t$ est grand, plus la solution est chargée en soluté. On dit qu'elle est plus concentrée. Si $t$ est petit, la solution est diluée.

Le mot « concentration » est souvent employé seul, alors qu'il peut désigner des grandeurs différentes. Les unités et le contexte permettent de s'y retrouver, mais l'ambiguïté existe vraiment ². Voici les trois grandeurs que tu risques de croiser.

Savoir calculer, c'est bien ; savoir fabriquer une solution de concentration voulue, c'est ce qu'on fait vraiment en laboratoire. Deux techniques à connaître : la dissolution d'un solide, puis la dilution d'une solution déjà prête.

La concentration n'est pas qu'un exercice d'école. Elle explique des phénomènes que tu observes. Prends la corrosion des métaux dans l'eau, comme la rouille du fer. Parmi les facteurs qui l'accélèrent, on trouve la quantité de sels dissous : plus l'eau est chargée en sel, plus la corrosion est favorisée ³. C'est pourquoi une carrosserie rouille plus vite près de la mer ou sur des routes salées en hiver.

Tu peux traduire cette idée avec une grandeur mesurable : deux eaux de concentrations en masse différentes en sel n'ont pas le même effet sur le métal. Connaître $t$ permet de comparer et de prévoir.

Dans le même esprit, les étiquettes de boissons ou de produits d'entretien donnent des quantités par litre. Pour savoir ce que tu avales ou utilises, tu appliques la relation $m = t \times V$ : une boisson à $100\ \text{g/L}$ de sucre contient $25\ \text{g}$ de sucre dans un verre de $250\ \text{mL}$ ($0{,}250\ \text{L}$).