Concentration molaire

La concentration molaire ou molarité, ou 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.

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 (mol/m ou mol⋅m), mais on utilise plus couramment les moles par litre (mol/l ou mol⋅l) :
 = 
 
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  ».

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 , ce même volume vaut  donc la concentration de l'eau y est , soit  moins que dans l'eau liquide. La concentration (moléculaire) est respectivement de  et  par litre.

Concentration massique 
Il ne faut pas confondre la concentration molaire, en moles par unité de volume ( mol/l) avec la concentration massique (notée ρ pour l'espèce X ou usuellement C (majuscule) ; en unité de masse par volume ( g/l), 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 ambiguïté.

Concentration pondérale (molalité) 
La concentration molaire diffère aussi de la « concentration pondérale » (ou teneur, molalité), notée m, sans unité (masse par masse) (  de composé X par  de solvant) et de la fraction molaire [notée x, ou x% ; sans unité (mole par mole),  0,15 % de composé X par mole totale].
La concentration est une grandeur dite intensive car elle ne dépend pas de la quantité de matière présente mais d'un nombre d'entités, tout comme la masse volumique.

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 dérivées. 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

Chimie générale
Chimie analytique
Grandeur volumique