Leçon
La théorie — Calculateur de dilution
Une dilution est une recette, pas une réaction : vous choisissez le volume de solution mère concentrée à prélever et la quantité de solvant à y ajouter. Le calculateur répond à la question pratique plutôt que chimique — connaissant la concentration disponible ainsi que la concentration et le volume désirés, quel volume du flacon devez-vous verser ?
Ce que signifie chaque symbole
C₁- la concentration de la solution mère, la concentration du produit en réserve. Elle détermine la faible quantité dont vous avez besoin : à
100contre une cible de0.5, un litre entier de solution de travail nécessite5unités de solution mère. V₁- le volume de solution mère à prélever — le volume que vous pipetez réellement, et la ligne que le calcul a pour but de produire.
C₂- la concentration cible que vous souhaitez obtenir. Avec
C₁, elle fixe le facteur de dilution, indépendamment du volume préparé. V₂- le volume final, c'est-à-dire le volume total obtenu — et non ce que vous ajoutez. La différence entre les deux constitue la ligne située en dessous.
D’où vient la formule
- En réorganisant l'équation de conservation pour la quantité recherchée, on obtient
V₁ = C₂V₂ / C₁. Chaque valeur à droite est déjà déterminée, c'est pourquoi il n'y a rien d'autre à résoudre. - Le solvant à ajouter est alors
V₂ − V₁, et c'est l'étape souvent oubliée à la paillasse. Pour250d'une solution à1à partir d'une solution mère à5, le calculateur demande50de solution mère et200de solvant — vous complétez jusqu'au volume final, vous n'ajoutez pas le volume final. - Le facteur de dilution est simplement
C₁/C₂, il est donc fixé avant même d'avoir choisi un volume. Une dilution d'un facteur2xcomprend donc toujours une moitié de solution mère et une moitié de solvant : passer de12à6pour un volume final de500nécessite250et250.
Comment lire ce que vous voyez
Comparez la ligne du milieu avec celle du bas. Une dilution d'un facteur 200x — passant d'une solution mère de 100 à 0.5 — nécessite 5 de solution mère et 995 de solvant, de sorte que la ligne du solvant représente presque la totalité du volume final et la ligne de solution mère une erreur d'arrondi. À 2x, les deux lignes sont égales. Le facteur vous indique dans laquelle de ces deux situations vous vous trouvez avant même de mesurer quoi que ce soit.
- Suppose
- Que les volumes s'additionnent : que
50de solution mère plus200de solvant occupent250. Il suppose également une seule étape de dilution et un seul soluté, sans aucune réaction et sans présence préalable dans le solvant. - Ne tient plus quand
- Les volumes ne sont pas strictly additifs, et c'est particulièrement visible avec les acides concentrés. Mélanger des volumes égaux d'acide sulfurique concentré et d'eau donne une somme mesurablement inférieure à leur total, car les molécules s'agencent différemment ensemble que séparément — sans compter le dégagement de chaleur important. La réponse
2xdu calculateur indiquant250et250est une bonne consigne mais une mauvaise prédiction du niveau dans la fiole, c'est pourquoi les protocoles réels demandent de compléter jusqu'au trait de jauge plutôt que d'ajouter un volume d'eau mesuré.
Exercice
Vérifiez-vous
Prédisez d’abord la réponse, puis utilisez les commandes ci-dessus pour vérifier. N’affichez la solution qu’après vous être engagé sur une hypothèse : c’est ce qui en fait un exercice.
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Demandez l'impossible : solution mère
1, cible5, volume final250. La page vous avertira — mais qu'écrit-elle d'abord dans les deux lignes de volume ?Afficher la réponse
1250de solution mère et0de solvant, pour un facteur de dilution de0.2x. Le calcul reste juste :V₁ = C₂V₂/C₁vaut5 × 250 / 1, ce qui fait bien1250. Ce qu'il décrit est une recette réclamant cinq fois plus de solution mère que le volume que vous préparez. Le facteur est révélateur — il est passé sous1, et un facteur de dilution inférieur à un est une concentration, qu'aucun transvasement n'obtiendra. L'avertissement fait ce que la formule ne peut pas faire. -
Rendez maintenant la solution mère et la cible égales :
10et10, volume final100. Aucun avertissement cette fois. Que disent les lignes ?Afficher la réponse
100de solution mère,0de solvant, facteur1x. Une réponse correcte à une question que personne ne pose — versez le volume voulu et n'ajoutez rien. Elle vaut le coup d'œil comme frontière : en dessous, la ligne du solvant est positive et le facteur dépasse1; au-dessus, le facteur passe sous1et l'avertissement apparaît ; et ce point unique est le dernier où chaque ligne reste honnête.
Problème entièrement résolu
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250 mL de solution 1 M à partir d'une bouteille de 5 M 5 étapes
Vous avez besoin de 250 mL de solution à 1 M et le flacon sur l'étagère est à 5 M. Calculez les deux volumes — et précisez bien lequel vous mesurez en premier, car l'ordre a son importance au laboratoire.
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L'ajout d'eau ne crée rien. Le nombre de moles de soluté dans la solution mère prélevée est le nombre de moles dans la fiole finale, et cette seule phrase constitue toute l'équation.
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En écrivant les moles sous la forme du produit de la concentration par le volume des deux côtés et en résolvant, on obtient 50 mL de solution mère.
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Le solvant est la différence, pas le volume final : 200 mL d'eau ajoutés à 50 mL de solution mère.
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Vérifiez en revenant aux moles. 5 × 50 et 1 × 250 donnent tous deux 250 millimoles, ce qui est obligatoirement le cas.
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Le facteur de dilution peut se lire de deux manières — le rapport des concentrations ou le rapport des volumes — et ils concordent à 5, car les deux sont des inverses par construction.
Réponse
L'outil affiche V₁ = 50, 200 de solvant et un facteur de dilution de 5×. La mise en garde du laboratoire est celle que la formule ne peut pas exprimer : on complète jusqu'à 250 mL dans une fiole jaugée, on n'ajoute pas 200 mL à 50 mL dans un bécher. Les volumes ne sont pas strictement additifs en présence d'un soluté, et pour les acides concentrés, la différence est mesurable. C₁V₁ = C₂V₂ indique quelle quantité de solution mère prélever ; la verrerie indique comment terminer.
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Références (2)
- The quantity C₁ and C₂ actually are, defined: IUPAC, “amount concentration.” The IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the Gold Book), International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014.
- Why “volumes add” is an approximation — the concentrative-properties tables let you check the contraction for yourself: John R. Rumble (ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, “Concentrative Properties of Aqueous Solutions: Density, Refractive Index, Freezing Point Depression, and Viscosity.” CRC Press / Taylor & Francis, 2021. ISBN 978-1-032-12171-0.