Définitions du titre massique et de la densité d'une solution

Dans les laboratoires de chimie, on peut trouver sur les étiquettes des flacons et bouteilles contenant des solutions plusieurs informations comme le nom du soluté, sa formule brute, la densité de la solution, le titre massique en soluté, les pictogrammes de sécurité, etc.

Exemple

Ci-dessous l'étiquette d'une bouteille de solution d'acide nitrique à 70 %.

Parmi ces informations, deux sont très souvent visibles sur les étiquettes des solutions, notamment pour les solutions concentrées, que nous allons définir ici : le titre massique en soluté et la densité de la solution.

Le titre massique en soluté

Exprimé sans unité (valeurs comprises en 0 et 1) ou en pourcentage (valeurs comprises entre 0 % et 100 %), le titre massique en soluté est défini comme le rapport de la masse de soluté sur la masse de la solution : `t_\text{soluté}=\frac{m_\text{soluté}}{m_\text{solution}}`.

Dans cette expression, la masse de soluté apporté et celle de la solution sont exprimées dans la même unité (souvent en `"g"` ou en `"kg"`).

Exemple

Dans la bouteille d'acide nitrique dont l'étiquette est représentée plus haut, le titre massique en acide nitrique est \(t_{\text{HNO}_3}=70 \text{ %}\). Cela signifie que, dans \(100 \text { g}\) de solution, il y a `"70 g"` d'acide nitrique (et `"30 g"` de solvant, de l'eau dans le cas présent).
Quelques fois, souvent dans le milieu industriel, le titre massique est exprimé en `\text{g}\cdot\text{L}^{-1}` (ou un dérivé) : dans ce cas, il fait référence à la concentration en masse en soluté apporté dans la solution.

La densité d’une solution

Notée `d`, exprimée sans unité, la densité d’une solution est égale au quotient de la masse volumique de cette solution à une température donnée, avec celle d'un liquide de référence, l'eau à une température de 4 °C : `d=\frac{\rho_\text{solution}}{\rho_\text{eau}}` avec :

• \(d\) la densité de la solution (sans unité) ;
  
• \(\rho_\text{solution}\) la masse volumique de la solution à une température donnée (en `\text{g}\cdot\text{L}^{-1}`) ;
  
• \(\rho_\text{eau}\) la masse volumique de l’eau liquide à 4 °C, température pour laquelle  `\rho_{"eau"}=1,00\ "g"\cdot"L"^-1`.

Exemple

Dans la bouteille d'acide nitrique dont l'étiquette est représentée plus haut, la densité de la solution à température ambiante est `d=1,41`.
Cette grandeur permet une comparaison rapide de deux liquides : un volume donné de solution d'acide nitrique pèse 1,41 fois plus que le même volume d'eau. Lors des phases d'extraction en synthèse organique, elle permet de justifier les positions relatives des phases aqueuse et organique.