Solution (chimie)
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2008-06-23T10:51:52Z
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{{Voir homonymes|Solution}}
{{ébauche|chimie}}
On appelle '''solution''' tout [[mélange homogène]] de deux ou plusieurs substances, initialement dans un [[état de la matière|état]] ([[État solide|solide]], [[liquide]], [[gaz|gazeux]]) identique ou différente.
La substance majoritaire est appelée [[solvant]], les substances minoritaires sont les [[soluté]]s.
== Solution dans un gaz ==
{{Article détaillé|Gaz|gaz parfait|Mélange homogène}}
On parle assez rarement de « solution » pour un gaz. Un mélange de gaz est en général homogène après un court instant, en raison de l'agitation thermique (voir les articles ''[[Mouvement brownien]]'' et ''[[Diffusion de la matière|Diffusion]]''), mais il peut y avoir une stratification en présence d'un champ de [[gravité]] si la hauteur du contenant est importante.
== Solution dans un liquide ==
La solution dans un liquide est l'exemple le plus connu. Une solution ayant l'eau comme solvant est appelée solution aqueuse.
Il est possible de mettre en solution :
* un liquide dans un autre : limité par la [[miscibilité]] des deux liquides.
* un solide dans un liquide : limité par la [[solubilité]] du solide dans le solvant, au delà de laquelle le solide n'est plus dissous. On parle alors de solution saturée.
* un gaz dans un liquide.
La concentration massique, noté "c" donne l'expression c=m/V
La concentration molaire, noté "C" donn l'expression C=n/V
== Solution solide ==
{{Loupe|Solution solide}}
Une solution solide correspond à un solide [[homogène]] constitué par le mélange de plusieurs [[corps pur]]s.
== Coexistence de phases ==
Une solution peut être
* saturée : à une température et une pression données, une solution saturée est une solution qui ne peut plus dissoudre de soluté ;
* insaturée : une solution insaturée est une solution qui peut dissoudre plus de soluté, aux conditions du système ;
* sursaturée : une solution sursaturée est une solution contenant une plus grande quantité de soluté dissous que celle qui correspond à la limite de saturation.
== Proportion de phases et concentration ==
Soient ''l'' composants. La concentration du composant peut s'exprimer de plusieurs manières :
* la [[fraction molaire]] ''N<sub>i</sub>'' (sans unité ou %mol), qui est le rapport entre le nombre ''n<sub>i</sub> de moles de ''i'' sur le nombre ''n'' total de moles <br /> <math>N_i = \frac{n_i}{n} = \frac{n_i}{\sum_{j=1}^l n_j}</math> ;
* le [[pourcentage massique]] ''M<sub>i</sub>'' (sans unité ou %m), qui est le rapport entre la masse ''m<sub>i</sub>'' de ''i'' sur la masse totale ''m''<br /> <math>M_i = \frac{m_i}{m} = \frac{m_i}{\sum_{j=1}^l m_j}</math>.
Dans le cas d'une solution liquide, on se ramène souvent à un volume de un [[litre]] de solution, et on définit :
* la [[concentration molaire]] ''C<sub>i</sub>'' (mol·L<sup>-1</sup>), rapport entre le nombre de moles de ''i'' et le volume de liquide <br /> <math>C_i = \frac{n_i}{v}</math> ;
* la [[concentration massique]] τ<sub>''i''</sub>, rapport entre la masse de ''i'' et le volume de liquide <br /> <math>\tau_i = \frac{m_i}{v}</math> ;
* le [[pourcentage volumique]] ''V<sub>i</sub>'' (%vol) : dans le cas d'un mélange de liquides, c'est le volume ''v<sub>i</sub> de ''i'' divisé par le volume total ''v''<br /> <math>V_i = \frac{v_i}{v} = \frac{v_i}{\sum_{j=1}^l v_j}</math>.
Dans le cas d'un gaz, on utilise
* la [[pression partielle]] ''p<sub>i</sub>'', qui est la contribution de la phase ''i'' à la pression ;
* le [[pourcentage volumique]] (sans unité ou %vol), qui est, dans les conditions de [[pression]] et de [[température]] fixées, le volume ''v<sub>i</sub>'' que représenterait la phase ''i'' toute seule sur le volume total ; dans le cas de [[gaz parfait]]s, on montre aisément que le pourcentage volumique est égale à la pression partielle divisée par la pression totale ''p''<br /><math>V_i = \frac{v_i}{v} = \frac{p_i}{p}</math>.
== Solution diluée, activité ==
On appelle une solution diluée le cas d'une solution pour laquelle la quantité de solutés est très inférieure à la quantité totale de solution. Si l'on désigne le solvant par l'indice ''s'', on peut donc utiliser les approximations suivantes :
: <math>n \simeq n_s</math>, <math>N_i \simeq \frac{n_i}{n_s}</math>, <math>N_s \simeq 1</math> ;
: <math>m \simeq m_s</math>, <math>M_i \simeq \frac{m_i}{m_s}</math>, <math>M_s \simeq 1</math>.
Pour les solutions liquides :
: <math>C_i \simeq \frac{n_i}{v_s}</math>, ''C<sub>s</sub>'' est l'inverse du [[volume molaire]] du solvant ;
:<math>\tau_i \simeq \frac{m_i}{v_s}</math>, τ<sub>''s'</sub> est la [[masse volumique]] du solvant ;
: <math>v \simeq v_s</math>, <math>V_i \simeq \frac{v_i}{v_s}</math>, <math>V_s \simeq 1</math>
Dans le cas d'une solution diluée, le [[potentiel chimique]] est une fonction affine du [[logarithme]] de la concentration, pour une [[température]] fixée :
* en solution liquide, <math>\mu_i(T,P) = \mu_i^0(T) + R \cdot T \cdot \ln(C_i)</math>, ''C<sub>i</sub>'' étant exprimé en mol·L<sup>-1</sup> ;
* en solution gazeuse, <math>\mu_i(T,P) = \mu_i^0(T) + R \cdot T \cdot \ln(p_i)</math>, ''p<sub>i</sub>'' étant exprimé en atmosphère.
Lorsque l'on n'est plus en solution diluée (ou dans le cas de gaz, à haute pression, lorsque l'on ne peut plus faire l'approximation des [[gaz parfait]]s), il faut faire intervenir l'[[activité chimique]] ''a<sub>i</sub>:
: <math>\mu_i(T,P) = \mu_i^0(T) + R \cdot T \cdot \ln(a_i)</math>
* dans le cas d'une solution liquide, ''a<sub>i</sub>'' = γ<sub>''i''</sub>·''C<sub>i</sub>'' où γ<sub>''i''</sub> est le coefficient d'activité de ''i'' ;
* dans le cas d'une solution gazeuse, ''a<sub>i</sub>'' = ƒ<sub>''i''</sub>·''p<sub>i</sub>'' où ƒ<sub>''i''</sub> est la [[fugacité]].
Ceci est l'approche du point de vue « chimique » : on part de ce que l'on mesure bien (le volume, la masse…). D'un point de vue thermodynamique, on commence plutôt par définir l'activité, puis on établit que dans le cas des solutions diluées,
* pour un liquide, l'activité d'un soluté vaut à peu près sa concentration molaire (liquide) et l'activité du solvant vaut 1 ;
* pour un gaz, l'activité du soluté est pression partielle en atmosphère, un gaz ayant une pression partielle d'une atmosphère a une activité de 1 ;
* pour un solide, l'activité vaut 1.
== Voir aussi ==
{{Wiktionnaire|solution}}
* [[Dissolution]]
* [[Précipité]]
* [[Solution aqueuse]]
* [[Relargage]]
{{portail chimie}}
[[catégorie:thermochimie]]
[[catégorie:solution]]
[[ca:Solució química]]
[[cs:Homogenní směs]]
[[da:Opløsning (kemi)]]
[[de:Lösung (Chemie)]]
[[el:Διάλυμα]]
[[en:Solution]]
[[eo:Solvaĵo]]
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[[fi:Liuos]]
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