En physique, particulièrement en chimie, la concentration molaire, concentration en quantité de matière ou molarité, parfois taux molaire, d'une espèce chimique est sa quantité rapportée au volume total du mélange qui contient cette espèce. Elle est exprimée en moles par unité de volume.Malgré son appellation, la concentration molaire n'est pas une grandeur molaire, car ce n'est pas le rapport d'une grandeur extensive au nombre de moles, mais un nombre de moles rapporté à un volume, exprimé en moles par litre..
Cette notion est essentiellement utilisée pour des espèces en solution. La concentration molaire d'un soluté est notée ou . Elle est définie par le rapport de la quantité de soluté au volume de solution :
Unités Dans le Système international, la concentration molaire s'exprime en moles par mètre cube ( ou ), mais on utilise plus couramment les moles par litre ( ou ) :
En chimie des solutions aqueuses, l'unité est souvent abrégée en M ; par exemple, une solution d'acide chlorhydrique de concentration peut être étiquetée « HCl », même si cette notation utilisant le même symbole que la masse molaire n'est pas recommandée par l'IUPAC.. On peut aussi parler de solution milli-, centi- ou décimolaire d'acide chlorhydrique ou encore d'acide chlorhydrique décimolaire.
Grandeurs voisines Concentration moléculaire La concentration molaire ne s'exprime pas directement en nombre d'entités élémentaires (atomes pour les espèces chimiques monoatomiques et molécules pour les espèces polyatomiques), qui serait peu pratique car requérant des nombres très élevés, mais en moles. Le nombre d'entités élémentaires et le nombre de moles sont liés par le nombre d'Avogadro ( molécules) : .
Par exemple, une mole d'eau liquide à occupe un volume de donc la concentration (molaire) de l'eau dans l'eau pure vaut . Dans la vapeur d'eau à sous , cette même quantité occupe un volume de donc la concentration de l'eau y est , soit moins que dans l'eau liquide. La concentration (moléculaire) est respectivement de et molécules d'eau par litre.
Concentration massique
Il ne faut pas confondre la concentration molaire, en moles par unité de volume ( ) avec la concentration massique (notée ou ) en unité de masse par volume ( ), désignée en physique comme la masse volumique en vrac ou apparente. En effet, les deux sont souvent désignées sous le simple terme « concentration », ce qui se comprend de par le contexte ou l'unité indiquée, mais cela porte parfois ambigüité.
Molalité
La concentration molaire est parfois appelée « molarité », à ne pas confondre avec la « molalité », qui est la quantité de soluté rapportée à la masse de solvant dans une solution, exprimée en mole par kilogramme ().
Applications La notion de concentration molaire s'applique typiquement en chimie et biologie, aux constituants en solution, mais elle est également valable à l'état pur et dans les mélanges gazeux.
Dans les solutions ioniques, il existe souvent plusieurs espèces chimiques en équilibre. Par exemple, une solution d'un acide faible HA contient les espèces H, A et HA à cause de l'équilibre de dissociation . La concentration (molaire) de la matière acide est alors : c = [HA] + [A], c'est-à-dire la somme des concentrations de ses espèces chimiques dérivéesAttention à ne pas confondre la concentration globale du composé HA avec la concentration de l'espèce HA. On peut les noter c et [HA], ou c et c, ou [HA] et [HA].. Ceci s'applique aux réactions d'ionisation, de complexation, d'oxydoréduction
Les concentrations sont très utilisées en chimie, notamment en analyse quantitative par volumétrie, cinétique chimique, et théorie des ions (théorie de Debye-Hückel). En thermodynamique, on leur préfère les fractions molaires ou les molalités qui ont l'avantage d'être indépendantes de la température et de la pression.
En biochimie et biologie, les concentrations molaires sont aussi très utilisées, pour déduire les concentrations des produits de réaction, ou à l'inverse des réactants d'origine quand on dose les produits. Ainsi, avec une réaction , on utilise la stœchiométrie des éléments chimiques (proportion molaire des éléments entre réactants et produits) et/ou un bilan de masse. Une mole de A donnera de AB, tandis que de sera issue de de B. Une mole de AB contient de A et de B. À volume(s) initial et final connu(s), on peut calculer les concentrations molaires apparues ou disparues.
On parle de solutions équimolaires en composé X pour des solutions ayant la même concentration molaire en X, et de réaction équimolaire pour une réaction chimique qui fait réagir ses réactifs mole à mole (molécule à molécule ou espèce chimique à espèce chimique).
La quantité ou concentration (massique) de certains éléments étant déterminée notamment par des pesées, on utilise beaucoup la relation entre concentration massique ρ du soluté i de masse molaire M à sa concentration molaire c . Certaines méthodes de mesure donnent un accès direct à la concentration molaire c d'une substance. Dans la loi de Beer-Lambert, c est lié à l'absorbance (A) à une longueur d'onde λ, à la longueur du trajet optique (ℓ) et à l'absorptivité molaire (ε) propre à la substance à la longueur d' selon
Notes et références Notes
Références
Articles connexes Mole Ordres de grandeur de concentration Extensivité et intensivité (physique) Densité numérique
Catégorie:Chimie générale Catégorie:Chimie analytique Catégorie:Grandeur volumique