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Solutions et concentration

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Les solutions sont omniprésentes dans la chimie. Ils sont utilisés pour stocker et gérer de petites quantités de matériel, réaliser des réactions chimiques et élaborer des matériaux aux propriétés contrôlables. Une solution est un mélange homogène contenant certains composants en petites quantités, appelé des solutés et une composante dans une grande quantité, appelée le solvant. La quantité de soluté par rapport au montant total d’une solution est appelée sa « concentration ». Selon que c’est la masse, volume, ou montant en moles des composants de la solution envisagées, cette mesure peut être exprimée dans un certain nombre de différentes manières, selon les besoins de l’expérience. Dans cette vidéo, nous examinerons d’abord les différents types d’unités pour mesurer la concentration de la solution. Nous irons ensuite à travers un protocole pour faire une solution de saccharose. Enfin, nous regarderons comment la mesure de la concentration est utilisé dans diverses applications chimiques.

La concentration d’une solution peut être exprimée dans un certain nombre d’unités différentes, dont chacune peut être plus approprié pour des applications particulières que d’autres. Une des unités plus couramment utilisées est la molarité, qui est la quantité de soluté par volume de solution ; une molaire est équivalente à une mole de soluté par litre de solution. En raison de la simplicité de mesurer les volumes de liquides, molarité est une des unités plus commodes pour des calculs stoechiométriques de réactions en solution. Stoechiométrie est basée sur le nombre de molécules impliquées dans une réaction. Par conséquent, sachant la molarité simplifie le calcul des réactifs nécessaires.

Lorsque la concentration est exprimée comme la quantité de soluté par masse de solvant, la mesure est appelée molalité. Le volume des matériaux change avec la température, afin de mesurer la concentration avec la molalité est avantageux lorsque l'on étudie les propriétés physiques des solutions, connues en tant que propriétés colligatives, entraînant des différences de température. Fraction molaire est une autre unité de concentration commune et est donnée par le nombre de moles du soluté par nombre total de moles de tous les composants de la solution — solutés et solvant. Fractions molaires sont utiles, par exemple, lors d’enquêtes sur la « pression de vapeur » de solutions. Cela reflète l’étendue à laquelle particules solutés et solvants « évasion » d’une solution liquide en phase gazeuse, comme la fraction molaire est égale au rapport des pressions partielles de pression totale. Maintenant que vous avez une idée de comment peut-on mesurer la concentration d’une solution, Let ' s go via un protocole pour faire une solution avec une concentration molaire spécifique.

Commencer par calculer la masse de saccharose nécessaire, commencez par utiliser le volume désiré et la concentration de la solution pour obtenir le nombre de moles de saccharose, puis en utilisant la masse molaire pour convertir en masse. Dans cet exemple, 100 mL d’une solution de saccharose de 0,01 M est faite, donc il faudra 0,342 g. Pour peser la masse requise de saccharose, placez d’abord un bateau propre et vide pesée sur la balance. Définir la « tare », qui signifie régler le poids de la vide pèse bateau comme nulle. Puis, à l’aide d’un scoopula, transférez la poudre de saccharose le flacon de réactif sur le bateau de pesée jusqu'à ce que la quantité désirée est obtenue. Placez un entonnoir dans une fiole jaugée de 100 mL propre et sec. Verser délicatement le saccharose dans l’entonnoir. À l’aide d’un flacon laveur contenant le solvant, dans ce cas l’eau distillée, rincer tout restant solide du bateau de peser dans le ballon.

Ajouter plus d’eau distillée, mais arrêter avant qu’elle atteigne la marque de l’étalonnage. Boucher et agiter doucement pour dissoudre le solide. Il est important de ne pas remplir la fiole jusqu’au bout à ce stade, car il peut être difficile pour le solide dissoudre complètement.

Une fois tous le saccharose est dissout, ajouter avec précaution le solvant à l’aide d’une bouteille de lavage jusqu'à ce que le bas du ménisque atteigne la graduation volumétrique. Boucher la fiole à nouveau et il inverser plusieurs fois pour assurer une dissolution complète et le mixage.

Une solution sursaturée est un dans lequel plus de soluté est dissout puis devrait, compte tenu de la température ou autres propriétés physiques du solvant. La mesure dans laquelle repose sur le soluté, solvant et vitesse de refroidissement. Sursaturation est obtenue en dissolvant tout d’abord le soluté dans un État où la solubilité est élevée et en changeant rapidement état de la solution — par exemple, diminuant son volume ou température — plus rapidement que les particules de solutés peuvent venir hors de la solution. À ce stade, plus de soluté resterait en solution dans les nouvelles conditions que serait possible en dissolvant le soluté directement dans ces conditions. Pour créer une solution de saccharose sursaturée, placez d’abord 100 mL d’eau dans un bécher. Ajouter un magnétique, puis remuer sur une plaque chauffante. Ajouter 220 g de saccharose dans l’eau en remuant et laisser le mélange de saccharose de remuer pendant 15 min. Après 15 min, observer que pas tous de saccharose a dissous. À ce stade, faire chauffer le mélange à 50 ° C. Continuer à remuer le mélange pendant un 10 min supplémentaire.

Examinez à nouveau la solution. Tous de saccharose doivent ont été dissous dans l’eau à 50 ° C . Maintenant, laissez la solution refroidir lentement à température ambiante et de retirer la barre de remuer. Observer que la saccharose demeure dissous. La solution à température ambiante est maintenant saturée. Ajoutant même une petite quantité de poudre de saccharose supplémentaires dans cette solution peut déclencher une recristallisation rapide de tous le saccharose dissous.

Maintenant que vous avez vu comment préparer des solutions avec des concentrations spécifiques, regardons quelques exemples de comment le concept peut être une considération importante pour diverses applications.

Concentration des réactifs, composants de solvants et d’autres composants d’une réaction chimique souvent ont des répercussions importantes sur le taux de produits de la réaction. Les concentrations des réactifs plus élevées augmentent la probabilité que les molécules seront rencontrent et réagir, donc potentiellement augmenter la vitesse de réaction. Dans le même temps, une augmentation des concentrations des ions chargés de sels en solution peuvent également favoriser l’agrégation des molécules hydrophobes ou « hydrofuge ».

Chercheurs ont étudié ici l’auto-assemblage d’une molécule complexe dans de longs polymères en présence de différentes concentrations de sel dans le solvant de réaction. Ils ont constaté que, à des concentrations plus élevées de sels, assemblage des molécules polymères s’effectue plus facilement.

Opération de concentration affecte aussi la vitesse des processus physiques tels que la cristallisation. Les biologistes cristalliser souvent des molécules comme les protéines, où ils deviennent soigneusement disposés dans un réseau cristallin, de manière à leur structure peut être déduite en étudiant comment les rayons x cadre par le biais de ces cristaux. Pour cristalliser les protéines, solutions protéiques sont mélangées avec un « precipitant », généralement un sel quelconque, à différentes concentrations et pH. Une goutte de ce mélange est ensuite placée dans une chambre fermée avec un réservoir de solution precipitant plus concentrée. Comme l’eau s’évapore de la goutte de solution de protéine afin d’équilibrer la concentration precipitant entre la goutte et le réservoir, la protéine devient de plus en plus saturée et cristallise finalement hors de la solution. Pour plus d’informations, voir notre vidéo sur la croissance des cristaux.

Enfin, une compréhension de la concentration est importante pour évaluer les niveaux de toxines dans l’environnement. Dans cet exemple, les scientifiques ont élaboré un test pour détecter la quantité de la botulinum toxine bactérienne potentiellement mortelle dans les échantillons de nourriture ou d’eau, en détectant la mesure dans laquelle la toxine s’attache à une protéine particulière. Pour effectuer le test, une « courbe d’étalonnage » première génération en mesurant le niveau d’activité des différentes concentrations connues de la toxine. Toxines isolées d’échantillons inconnus peuvent alors être soumis à l’essai et la concentration peut être interpolée en comparant son activité à la courbe standard.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE pour produire des solutions. Vous devez maintenant comprendre quand utiliser les différentes unités pour exprimer la concentration, une manifestation pour faire une solution avec une concentration spécifique et enfin, plusieurs applications qui illustrent l’importance de la rubrique.

Merci de regarder !

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