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Molarité vs Molalité

La molarité et la molalité sont deux mesures essentielles de la concentration en chimie, mais elles ont des applications très différentes selon les conditions environnementales. La molarité mesure la quantité de soluté (en moles) par rapport au volume total de la solution, ce qui la rend pratique pour les travaux pratiques en laboratoire, tandis que la molalité se concentre sur la masse du solvant, offrant une mesure stable qui ne tient pas compte des variations de température ou de pression.

Points forts

  • La molarité (M) est définie par le volume ; la molalité (m) est définie par la masse.
  • La molalité est la mesure de référence pour les expériences impliquant les points d'ébullition ou de congélation.
  • La molarité est plus facile à utiliser en laboratoire, mais elle est sensible à la dilatation thermique.
  • Les deux valeurs sont très similaires dans les solutions aqueuses diluées, mais divergent lorsque la concentration augmente.

Qu'est-ce que Molarité ?

Concentration exprimée en nombre de moles de soluté par litre de solution totale.

  • C'est la méthode la plus courante pour exprimer la concentration en laboratoire.
  • La valeur est calculée à partir du volume final total du mélange.
  • La molarité est représentée par la lettre majuscule « M » ou par l'unité mol/L.
  • Les fioles jaugées sont généralement utilisées pour préparer des solutions d'une molarité spécifique.
  • Comme les liquides se dilatent lorsqu'ils sont chauffés, les valeurs de molarité changent en fonction des fluctuations de température.

Qu'est-ce que Molalité ?

Concentration exprimée en nombre de moles de soluté par kilogramme de solvant.

  • Elle est calculée en utilisant uniquement la masse du solvant, et non celle de la solution totale.
  • Cette mesure reste constante quelles que soient les variations de température ou de pression.
  • La molalité est notée par un « m » minuscule et italique ou par l'unité mol/kg.
  • C'est l'unité privilégiée pour calculer les propriétés colligatives telles que l'élévation du point d'ébullition.
  • La préparation nécessite une balance pour peser le solvant plutôt qu'un flacon pour mesurer le volume.

Tableau comparatif

FonctionnalitéMolaritéMolalité
SymboleMm
Unité du dénominateurLitres de solution (L)Kilogrammes de solvant (kg)
Sensibilité à la températureTrès sensible (variations de volume)Indépendant (la masse reste constante)
Outil de mesurefiole jaugéeBalance analytique
Cas d'utilisation principalTitrage et réactions générales en laboratoireChimie physique et thermodynamique
Facilité de préparationPlus facile pour les réactifs liquidesPlus précis pour les conditions extrêmes

Comparaison détaillée

Volume vs. Mass

La différence fondamentale réside dans ce que l'on mesure au dénominateur. La molarité prend en compte le volume total occupé par la solution dans le flacon, incluant à la fois le liquide et les solides dissous. Elle ignore le volume total et se concentre uniquement sur la masse du solvant, offrant ainsi une vision plus « pure » du rapport des particules.

Le facteur température

La température est le principal facteur limitant la molarité. Lorsqu'une solution se réchauffe, le liquide se dilate, augmentant son volume et diminuant ainsi sa molarité, même si aucun soluté n'a été retiré. La masse, quant à elle, ne variant pas avec la chaleur, la molalité reste stable, ce qui explique pourquoi les scientifiques l'utilisent lors d'expériences impliquant le chauffage ou le refroidissement de substances sur de larges plages de température.

Application en laboratoire

Dans un laboratoire de chimie classique, la molarité est primordiale car il est bien plus rapide de verser un liquide dans une éprouvette graduée ou une pipette que de peser un solvant. La plupart des réactions sont effectuées à température ambiante, où les variations de volume sont négligeables. Cependant, dans des domaines spécialisés comme la cryogénie ou la physique des hautes pressions, la précision de la molalité devient indispensable.

Propriétés colligatives

Pour étudier l'influence des solutés sur les propriétés physiques d'un solvant (par exemple, l'abaissement du point de congélation de l'eau par le sel), la molalité est l'unité requise. Ces propriétés dépendent du rapport entre la concentration en soluté et la concentration en solvant. Utiliser la molarité dans ces formules introduirait des erreurs, car la densité de la solution varie lorsqu'elle atteint ses points d'ébullition ou de congélation.

Avantages et inconvénients

Molarité

Avantages

  • +Volume facile à mesurer
  • +Norme pour les titrages
  • +Pratique pour la dilution
  • +Largement reconnu

Contenu

  • −dépendante de la température
  • −Dépendance à la pression
  • −Moins précis aux extrêmes
  • −Nécessite de la verrerie volumétrique

Molalité

Avantages

  • +Indépendant de la température
  • +Indépendant de la pression
  • +Plus précis pour la physique
  • +Essentiel pour la colligation

Contenu

  • −Masse plus difficile à mesurer
  • −Moins fréquent en biologie
  • −La densité doit être connue
  • −Plus long à réaliser

Idées reçues courantes

Mythe

La molarité et la molalité sont fondamentalement la même chose pour l'eau.

Réalité

Dans les solutions aqueuses très diluées à température ambiante, leurs valeurs sont presque identiques car 1 litre d'eau pèse environ 1 kilogramme. Cependant, lorsque la concentration augmente ou que la température change, ces valeurs commencent à diverger significativement.

Mythe

Vous pouvez utiliser une fiole jaugée pour préparer une solution molale.

Réalité

Une fiole jaugée permet de mesurer le volume total, qui sert au calcul de la molarité. Pour déterminer la molalité, il est nécessaire de peser le solvant séparément sur une balance avant de le mélanger au soluté afin de garantir un rapport massique exact.

Mythe

La molalité est simplement une version plus « scientifique » de la molarité.

Réalité

Aucune n'est intrinsèquement meilleure ; ce sont des outils différents. La molarité est un outil volumétrique utilisé en stœchiométrie, tandis que la molalité est un outil gravimétrique utilisé en thermodynamique. Le choix dépend entièrement de la constance de la température de l'expérience.

Mythe

Si j'ajoute plus de soluté, la molalité reste la même.

Réalité

Non, la molarité et la molalité augmentent toutes deux si l'on ajoute du soluté. La différence réside dans le fait que la molalité reste inchangée si l'on modifie uniquement la température, contrairement à la molarité.

Questions fréquemment posées

Lequel dois-je utiliser pour augmenter le point d'ébullition ?
Il est toujours préférable d'utiliser la molalité pour déterminer l'élévation du point d'ébullition. L'ébullition impliquant une augmentation significative de la température, le volume de la solution augmente, ce qui modifierait la molarité en cours d'expérience. L'utilisation de la molalité massique garantit que la concentration reste constante lors de l'élévation du point d'ébullition.
Comment convertir la molarité en molalité ?
Pour convertir entre les deux, il faut connaître la densité de la solution. On utilise d'abord la molarité pour déterminer la masse du soluté, puis la densité pour calculer la masse totale de la solution. En soustrayant la masse du soluté de la masse totale, on obtient la masse du solvant, ce qui permet de calculer la molalité.
Pourquoi la molarité varie-t-elle avec la température ?
La molarité est calculée en fonction du volume de la solution. La plupart des liquides subissent une dilatation thermique, c'est-à-dire qu'ils occupent un volume plus important lorsqu'ils se réchauffent. Comme le nombre de moles de soluté reste constant mais que le volume (le dénominateur) augmente, la molarité diminue lorsque la température s'élève.
La molarité ou la molalité est-elle plus élevée ?
Dans la plupart des cas, la molalité est légèrement supérieure à la molarité pour les solutions aqueuses. Cela s'explique par le fait que le volume total de la solution (dénominateur de la molarité) est généralement légèrement supérieur à la masse du solvant seul (dénominateur de la molalité) lorsque la densité est proche de 1 g/mL. Cependant, cette relation peut varier en fonction de la densité du soluté utilisé.
Quelles sont les unités de la molarité ?
La molarité s'exprime en moles par litre (mol/L). En notation abrégée, les scientifiques utilisent un « M » majuscule. Par exemple, une solution de « HCl 2M » contient deux moles d'acide chlorhydrique par litre de volume total de solution.
Quelles sont les unités de la molalité ?
La molalité se mesure en moles par kilogramme (mol/kg). On l'abrège par la lettre « m » minuscule, souvent en italique. Une solution « 0,5 m » contient une demi-mole de soluté par kilogramme de solvant pur utilisé dans le mélange.
La molalité peut-elle être utilisée pour les gaz ?
On utilise rarement la molalité pour les gaz, car on les mesure généralement en fonction de leur volume, de leur pression et de leur température, selon la loi des gaz parfaits. Le volume d'un gaz variant considérablement avec la pression, la molarité ou la fraction molaire sont des unités plus courantes en chimie des gaz.
La molalité inclut-elle la masse du soluté ?
Non, et c'est une source fréquente de confusion. Le dénominateur de la molalité correspond strictement à la masse du *solvant* (le liquide qui dissout), et non à la masse totale de la solution. C'est ce qui en fait un rapport fixe, indépendamment de l'influence du soluté sur le volume ou la densité totale.
Quand préfère-t-on la molarité à la molalité ?
La molarité est privilégiée dans presque toutes les analyses chimiques impliquant des réactions liquide-liquide. Lors d'un titrage, il est beaucoup plus simple de mesurer 25 mL d'un liquide que de le peser, surtout lorsqu'on travaille avec de nombreux échantillons dans un environnement où le rythme est soutenu.
Le « m » dans molalité est-il le même que le « m » pour masse ?
Non, bien que les deux utilisent la lettre « m », dans le contexte de la concentration, « m » signifie molalité. Pour éviter toute confusion, les chimistes écrivent généralement le symbole de molalité en italique (*m*) et conservent le symbole de masse sous la forme standard « m » ou utilisent le terme « masse » pour plus de clarté.

Verdict

Utilisez la molarité pour les travaux pratiques et les titrages courants, lorsque la température est stable et le volume facile à mesurer. Privilégiez la molalité lorsque vos recherches impliquent des variations de température importantes ou lorsque vous calculez des constantes physiques spécifiques, comme l'élévation du point d'ébullition.

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