Transcription
Ah, bonjour, jeune apprenti chimiste. J'imagine que tu viens pour ton petit cours sur la préparation de solutions. Dissolution et dilution, c'est ça ? Allez, je t'en prie, fais comme chez toi, installe-toi, mets une petite blouse. Si tu n'as pas de labo, ta blablar ta bla bla.
Bien, aujourd'hui, je vais vous montrer comment réaliser deux opérations très classiques mais hyper importantes en chimie. Premièrement, comment préparer une solution par dissolution d'un solide ? Et deuxièmement, comment préparer une solution par dilution d'une solution de concentration connue.
Cette vidéo est réalisée en partenariat avec Educ Lever, un site d'accompagnement scolaire. Je tiens à les remercier parce que partenariat signifie échange et aide à la création. Je vous reparlerai d'Educ Lever à la fin de la vidéo.
Avant de démarrer, je vous rappelle que vous pouvez, au besoin, mettre pause sur la vidéo et prendre des notes dans votre cahier de la lorsque cela est nécessaire.
Partie 1, dissolution. La dissolution désigne la mise en solution d'un soluté dans un solvant. Ici, il s'agira de la dissolution d'un solide dans un solvant liquide. Commençons par nous fixer l'objectif suivant : préparer par dissolution 100 ml d'une solution de sulfate de cuivre (CuSO4) de concentration en quantité de matière égale à 0,1 mol par litre.
Petite remarque en passant, concentration en quantité de matière, terme préconisé dans les programmes actuels de lycée, est un synonyme de concentration molaire. Dans la suite de la vidéo, j'utiliserai uniquement le terme concentration en quantité de matière.
Pour réaliser une dissolution, nous allons avoir besoin du matériel suivant : une balance, une coupelle en verre, une spatule, un entonnoir à solide, un entonnoir à liquide, une fiole jaugée du volume souhaité et enfin une pissette d'eau distillée. Notez que lorsqu'on a le choix entre une verrerie jaugée et une verrerie graduée, la verrerie jaugée est toujours à privilégier car elle est plus précise.
Avant de préparer la solution, il nous faut faire un petit calcul pour connaître précisément la masse de sulfate de cuivre à peser pour une fiole de volume V0 = 100 ml afin d'obtenir une solution de concentration en quantité de matière de 0,1 mol par litre. La masse CuSO4 de sulfate de cuivre à peser est égale au produit de la quantité de matière nCuSO4 de sulfate de cuivre et de sa masse molaire. nCuSO4 est la quantité de matière nCuSO4 et est égale au produit de la concentration C en quantité de matière et du volume V0 de la solution. On en déduit l'expression de la masse de sulfate de cuivre à peser : mCuSO4 = C x V0 x MCuSO4.
On réalise l'application numérique et on obtient 1,596 g. Là, je vais garder un nombre de chiffres significatifs cohérent avec ceux de la balance que j'utilise. Donc ici, je vais garder 2 décimales, ça veut dire 1,60 g. Si je tiens compte du fait que la balance me donne trois chiffres significatifs, je peux dire que la préparation d'une solution de concentration en quantité de matière de 0,1 mol par litre se fait à partir de 1,60 g de sulfate de cuivre dans 100 ml d'eau distillée. Évidemment, si je travaille avec une balance de précision différente, je donnerai la concentration en quantité de matière de la solution préparée avec le nombre de chiffres significatifs adéquat. Enfin, il serait évidemment plus rigoureux de présenter la concentration de la solution préparée avec une incertitude, mais cela dépasse le cadre de cette vidéo.
Donc, on va mettre ça de côté et se focaliser sur la partie préparatoire et expérimentale. C'est bon, vous avez tout compris ? Vous en êtes bien sûr ? OK, assez parlé les chimistes, venez avec moi, on passe aux manip.
En travaux pratiques, la méthode de préparation d'une solution par dissolution se fait suivant le protocole suivant : tarer la balance avec la coupelle vide. À l'aide d'une spatule, déposer sur la coupelle le solide jusqu'à obtenir la masse souhaitée. Oui, dans mon cas, je lis sur la balance de précision 1,60 g. On va introduire le solide à l'aide d'un entonnoir à solide dans la fiole. Et afin de ne perdre aucun grain, qu'est-ce que je vais faire ? Naturellement, je vais rincer la coupelle [Musique] et l'entonnoir. Ajouter de l'eau distillée jusqu'à environ les trois quarts de la fiole. Boucher et agiter afin de bien dissoudre le solide et d'homogénéiser la solution. Remplir précisément à l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. [Musique]
Un élément important à prendre en compte ici, lorsqu'on utilise une verrerie graduée ou jaugée pour ajuster correctement le niveau de liquide, il faut placer l'œil au niveau du ménisque et ajuster le bas du ménisque au trait de jauge.
Et ben voilà les amis, hop, on a fini la solution. Il y a plus qu'à reboucher, agiter un petit peu pour homogénéiser et la solution de sulfate de cuivre préparée par dissolution est prête.
Alors pas si vite. Voici une petite remarque avant de passer à la suite. Dans l'eau, le sulfate de cuivre est dissous sous forme d'ion cuivre 2 (Cu2+) et d'ion sulfate SO4 2-. Ainsi, la dissolution du sulfate de cuivre dans l'eau peut être modélisée par l'équation chimique : CuSO4 solide → Cu2+ aq + SO4 2- aq. Au passage, ce sont les ions Cu2+ qui sont responsables de la coloration bleue de cette solution.
Bon, il nous reste encore quelque chose à voir. On s'était fixé un deuxième objectif, celui de maîtriser l'opération de dilution. Grande dilution. La dilution est un procédé qui consiste à ajouter du solvant à une solution afin de diminuer sa concentration en soluté.
On va se fixer l'objectif suivant. À partir de cette solution que je viens de préparer par dissolution du solide, appelée solution mère, je souhaite préparer 100 ml d'une solution de concentration en quantité de matière égale à 0,020 mol par litre en sulfate de cuivre. Cette nouvelle solution sera appelée solution fille. Pour faire cela, je vais prélever un volume de la solution mère, l'introduire dans une nouvelle fiole jaugée puis compléter avec de l'eau distillée.
Voici le matériel dont je vais avoir besoin : un bécher, une pipette jaugée, un pipeteur ou une propipette, une fiole jaugée du volume souhaité, une pissette d'eau distillée.
On va faire d'abord un petit calcul pour déterminer le volume de solution mère que je dois prélever. L'idée est de dire que la quantité de matière prélevée dans le volume V de solution mère est conservée par l'opération de dilution. En effet, diluer, c'est diminuer la concentration, pas la quantité de matière. Je peux alors écrire l'égalité entre quantité de matière : n mère = n fille. En gros, j'ai conservé la quantité de soluté. Soit cette relation peut également s'écrire : Cmère x Vmère = Cfille x Vfille, ce qui donne Vmère = Cfille x Vfille / Cmère. Dans mon cas, l'application numérique donne Vm = 20 ml.
Une fois que j'ai fait ce calcul, je peux préparer la solution fille en réalisant les étapes suivantes. Bah, d'abord, la fiole jaugée, ce n'est pas du tout une verrerie adaptée pour prélever. Donc, je vais commencer par transvaser une partie de la solution mère dans un bécher. Les chimistes, avant de réaliser la dilution à proprement parler, on va d'abord rincer la verrerie pour être sûr de rien polluer. Donc, on va rincer la fiole jaugée avec du solvant, donc ici de l'eau distillée. Et on va également rincer la pipette avec laquelle on souhaite prélever avec de la solution mère. Comme ça, on est sûr que s'il y avait des restes de solutions utilisées, je sais pas, par le TP de la veille par exemple, et bah on est tranquille, on est serein. Tu vois que je te fais tourner la pipette. Hop, pour bien rincer ici l'intérieur surtout et ensuite hop, là on vide.
Allez, cette fois on passe vraiment au prélèvement de la solution mère. Alors déjà, est-ce que vous savez utiliser une propipette ? Jeunes apprentis. Jeunes apprentis. Premièrement, je vais pincer la valve A et hop, je la vide de son air. Ensuite, très délicatement, je vais aller fixer la propipette avec la pipette. Les mains bien rapprochées, hein, pour éviter. Voyez, si je suis loin, là, il y a un gros bras de levier et claque, je peux vraiment me couper les doigts. C'est très dangereux. Donc, on va bien caler comme ceci. Une fois que ça c'est fait, position pipette verticale. OK, le bécher incliné. Je peux même mettre la pipette entre les deux doigts ici et je vais presser sur la valve S. Donc je pince ici pour faire monter le liquide dans la pipette. Donc ça c'est important, hein. Vous voyez ma position pipette verticale, bécher incliné. Et là, je continue de presser jusqu'à ce que ça monte au deuxième trait de jauge que je vais caler bien en face de mon œil. Tac. Là, faut être précis. Et voilà. Donc là, j'ai placé le niveau du ménisque au même niveau que le deuxième trait de jauge. Et une fois que ça c'est fait, et bien j'ai plus qu'à transvaser tout ça dans la fiole. Donc là, j'ai une pipette doublement jaugée, ce qui fait que je vais vider en pressant sur la valve E.
Maintenant que j'ai introduit les 20 ml de solution mère dans la fiole, terminons cette dilution. Là, il suffit d'ajouter du solvant, ici de l'eau distillée, jusqu'à environ les trois quarts de la fiole. On bouche et on agite. Ensuite, on complète précisément le remplissage de la fiole jaugée jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée en plaçant l'œil au niveau du ménisque. Et voilà, la solution fille est prête. On a la mère et la fille.
Mais ne partez pas les chimistes. Avant de terminer, faut encore que je vous parle d'un truc, le facteur de dilution. L'opération de dilution est caractérisée par le facteur de dilution. Ce facteur nous dit par combien on a divisé la concentration de la solution mère. On peut donc simplement le définir comme étant le rapport de la concentration de la solution mère et de la concentration de la solution fille. Dans notre cas, on a un facteur de dilution qui vaut F = 0,1 / 0,020 = 5. F = 5. Cela signifie que de la solution mère à la solution fille, la dilution a divisé la concentration par 5.
Et voilà, vous savez maintenant comment préparer une solution par dissolution d'un solide et par dilution. À quoi pourrait bien servir toutes ces solutions qu'on a préparé ? Bah, peut-être bien à réaliser un dosage spectrophotométrique par étalonnage. Et je vous invite bien sûr à aller voir les vidéos sur le sujet. Comme toujours, les liens sont en description.
J'espère que cette vidéo vous a plu. Si c'est le cas, n'hésitez pas à liker et à rejoindre notre grande famille de chimistes en vous abonnant à cette chaîne. Pour terminer, je remercie Educlever, partenaire de cette vidéo. Educlever est un éditeur de plateformes d'accompagnement scolaire comme Maxiours et Enseignaux. Si vous souhaitez réviser tout au long de l'année ou vous préparer pour un examen, par exemple, allez découvrir Maxiours. Vous y trouverez des cours, des exercices, des quiz et des vidéos pour tous les niveaux, de l'école primaire jusqu'au bac. Bref, je vous invite à aller voir les offres qu'il propose. Vous trouverez bien évidemment tous les liens nécessaires en description, comme d'habitude.
Et voilà, pour plus de chimie, vous pouvez également me suivre sur les réseaux sociaux ou aller directement visiter mon site internet blablaro-chimi.fr. Et quant à moi, je vous dis à bientôt au labo. [Musique]