AQUISAV - Evaluation

Aquisav - DOCUMENTATION
Métier : CULTURE GÉNÉRALE
Domaine de compétences : SCI – Structure de la matière
Code : COM – 201103 – 012323
Intitulé de la compétence : Connaître la signification de la mole, unité de quantité de matière et réaliser les
calculs associés.
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SOMMAIRE
1)
RAPPEL
2)
DU MONDE DE L’ATOME A L’ECHELLE HUMAINE
3)
DEFINITION DE LA MOLE, UTILITE ET METHODE DE CALCUL
Références bibliographiques et sites web :

Daniel Sapience. Sciences physiques et chimiques CAP. Edition Nathan Technique. 2010

J-P Durandeau, J-L Berducou, J-C Larrieu-Lacoste, C Mazeyrie, C Raynal. Sciences Physiques et
chimiques CAP. Edition Hachette Technique. 2013

Culture sciences chimie. http://culturesciences.chimie.ens.fr/. 2014
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COURS
I.
RAPPEL
La classification périodique des éléments donne un certain nombre de renseignements permettant
d’accéder à des unités de mesure ou à des grandeurs particulières.
Ces renseignements sont très souvent nécessaires car ils sont liés à la matière et à la particule. Parmi
ces particules, on distingue : l’atome composé d’un noyau et d’électrons autour (Cf. Documentation :
« Nommer les constituants de l’atome »), la molécule composée d’un assemblage d’atomes (Cf.
Documentation : « Identifier les atomes constitutifs de la molécule ») ou encore l’ion (Cf.
Documentation : « Enoncer la définition d’un ion »).
Certaines notions -telles que la masse molaire par exemple- découlent des informations indiquées par
la classification périodique des éléments. La masse molaire est importante pour l’accès à la mesure de
la quantité de matière.
Nous allons essentiellement nous intéresser à la mole très souvent assimilée à la quantité de matière.
Il est important de définir la mole et ce que cette notion implique.
II.
DU MONDE DE L’ATOME A L’ECHELLE HUMAINE
Tous les éléments chimiques (atomes, molécules, ions) constituent la matière. Ces éléments sont
extrêmement petits avec une taille de l’ordre de 1.10-10m et on ne peut pas les compter.
Pour donner une idée précise, c’est comme si vous observiez un homme qui est sur la Terre à partir du
Soleil situé à 150 millions de kilomètre de la Terre (Pas sûr que l’on puisse le voir même avec une
lunette astronomique).
Alors pour passer de l’échelle de grandeur atomique (taille de l’atome) à l’échelle humaine de l’ordre
du mètre, les chimistes ont défini un nombre de très grande valeur. Cette valeur reste la même quel
que soit l’élément chimique mesuré.
Ce nombre est la constante d’Avogadro, noté ƝA. Il représente 6,02.1023 éléments (particules) soit 600
mille milliards de milliards d’éléments.
Exemple : La molécule d’eau.
Une mole d’eau va contenir 600 mille milliards de milliards de molécules d’eau. Comme énoncé
précédemment, cela correspond à la valeur de la constante d’Avogadro.
Cette constante -nommée constante d’Avogadro en hommage à Amadeo Avogadro en raison de ses
travaux si innovants à son époque- est d’une grande importance. Elle a permis d’expliquer la
combinaison des gaz diatomiques (gaz composés de deux atomes identiques) entre eux -possible
uniquement parce qu’Avogadro a su faire le lien entre le nombre de particules présents dans un même
volume de gaz-.
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A partir de cette constante, les chimistes ont pu enfin généraliser l’étude d’un système à un très grand
nombre de particules car on ne peut pas étudier le comportement de chaque atome, ion ou molécule
dans un milieu de façon pratique (les atomes étant trop petits).
Extrait de l’hypothèse d’Avogadro en 1811
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III.
DEFINITION DE LA MOLE, UTILITE ET METHODE DE CALCUL
Si on veut donner une définition juste de la mole, on peut dire qu’elle correspond à une grandeur
chimique indiquant la quantité de matière que renferme un « objet » (atome, ion ou molécule).
Ainsi, cette grandeur inventée par les chimistes est notée n. Son symbole est le mol et une mole
d’atomes correspond 6,02.1023 soit 600 mille milliards de milliards d’atomes. Il en serait de même si
on avait des molécules ou des ions.
La mole ou quantité de matière permet d’accéder à d’autres grandeurs chimiques telles que la
concentration molaire, la pression d’un gaz considéré comme parfait ou encore, la pression partielle
quand on a un mélange de gaz. Cette grandeur n’est pas directement mesurable. Il est donc nécessaire
d’effectuer des calculs pour la déterminer.
Le calcul de la mole, dans un échantillon, nécessite l’apport de grandeurs qui, elles, sont mesurables.
C’est le cas de la masse, de la concentration massique, de la pression ou encore du volume.
Pour déterminer la mole ou quantité de matière d’un atome, d’un ion ou d’une molécule, il suffit de
calculer le quotient de la masse m de l’échantillon exprimée en gramme (g) par la masse molaire M
(Cf. Documentation : « Déterminer une masse molaire atomique, moléculaire, ionique ») du même
échantillon exprimée en gramme par mol (g/mol).
Exemple : La quantité de matière d’un cylindre en fer.
Un cylindre en fer est doté d’une masse de 110g. On veut déterminer la quantité de matière contenue
dans ce cylindre de fer, sachant que la masse molaire de l’atome de fer est égale à 55,8 g/mol.
Pour déterminer cette quantité de matière, il suffit d’effectuer l’opération suivante :
n=
D’où, n =
m : étant la masse du cylindre en fer, et M : la masse molaire du fer.
= 1,9 mol de fer.
Cela signifie que, dans le cylindre de 110g, il y a 1,9 moles de fer, donc 1,2.1024 atomes de fer soit
environ 1,2 millions de milliards de milliards d’atomes de fer dans ce cylindre.
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Remarque :
On pourrait effectuer le même calcul pour déterminer la quantité de matière contenue dans une
molécule ou encore dans un ion. Pour cela, il faudrait calculer la masse molaire moléculaire ou la
masse molaire ionique (Cf. Documentation : « Déterminer une masse molaire atomique, moléculaire,
ionique »).
La quantité de matière, encore appelée nombre de moles, se calcule à partir de la relation suivante :
Exemple : La quantité de matière de la molécule d’eau.
Si on cherche la quantité de matière contenue dans 0,9g d’eau -sachant que la formule de la molécule
d’eau est H2O-, il va nous falloir, avant tout, calculer la masse molaire de la molécule d’eau.
On doit obtenir M (H2O) = 18 g/mol.
En appliquant la relation, on a n =
= 0,05 mol.
Dans le monde atomique, cela représente 3.1022 (soit 30 mille milliards de milliards de molécules
d’eau) molécules d’eau renfermées dans 0,9g d’eau.
L’importance de cette notion de mole ou quantité de matière est mise en évidence lors de certaines
réactions ou préparations chimiques. On peut citer la dilution ou encore les différentes méthodes de
dosage. Lors de la dilution, par exemple, la quantité de matière doit être strictement identique.
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