Quantité d`espèces chimiques I – La mole 1°) Définition Par

Quantité d'espèces chimiques
I – La mole
1°) Définition
Par convention, la mole est le nombre d'atomes de carbone 12
contenus dans un échantillon de 12 g de carbone.
2°) Constante d'Avogadro
Dans une mole d'un échantillon d'un élément chimique quelconque,
il y a autant d'entités ( atomes ions ou molécules) que dans une
12
mole de carbone 12 (atome de carbone avec 12 nucléons : 6C ).
D'après la définition, on a:
N A=
massed 'une mole d 'atomes de carbone 12
masse d 'un atome de carbone 12
23
Le calcul donne NA=6,02 .10
NA porte le nom de constante d'Avogadro , du nom d'un chimiste et
physicien italien (1776 – 1856).
NA représente le nombre d'entités chimiques par mole, on l'exprime
donc en mol-1.
Voir : http://vimeo.com/21586654
II – Masse molaire
1°) Masse molaire des atomes
A partir de la masse des atomes, on peut calculer la masse d'une
mole pour tous les atomes de la classification des éléments.
Masse d'une mole d'atomes A = NA x masse d'un atome A
Cette masse, notée M(A), est la masse molaire atomique et elle
s'exprime en g.mol-1.
Elles sont données dans les cases de la classification périodique
Exemples:
M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(N) = 14,0 g.mol-1 ; M(Cl) = 35,5 g.mol-1
La masse molaire des ions monoatomiques est égale à celle des
atomes correspondants. M(Cl-) = M(Cl) = 35,5 g.mol-1
2°) Masse molaire des molécules
La masse molaire moléculaire d'une mole de molécules identiques
est égale à la somme des masses molaires des atomes qui
composent cette molécule.
Exemples:
Masse molaire moléculaire de l'eau M(H2O) = 2xM(H) + M(O) =
2x1 + 16 = 18 g.mol-1
M(SO2) = M(S) + 2xM(O) = 32 + 2x16 = 64 g.mol-1
La masse molaire des ions moléculaires est la même que celle de
la molécule formée des mêmes atomes.
3°) Relation masse molaire- quantité de matière
La quantité de matière n contenue dans une masse m d'un
échantillon d'un élément chimique de masse molaire M est :
m
n=
M
Avec n en mol, m en g et M en g.mol-1
Exemple: quantité de matière n dans un litre d'eau
n = m(eau)/M(H2O) = 1000/18 = 55,5 mol.
Il y a 55,5 moles d'eau dans 1L.
III – Espèces chimiques en solution
Dissolution
Certains solides (sucre, sel, sulfate de cuivre...) disparaissent
lorsqu'on les mélange avec de l'eau.
Des espèces chimiques liquides (éthanol) ou gazeuses (chlorure
d'hydrogène, dioxyde de carbone...) peuvent se mélanger de façon
homogène dans l'eau.
Pour les solides, on dira qu'ils sont solubles dans l'eau.
Pour les liquides, on parlera de miscibilité avec l'eau.
On observe que les espèces chimiques contenant des ions sont
généralement solubles dans l'eau.
NaCl, NaOH, KCl, AgNO3, CuSO4 ... :cristaux contenant des ions.
Ces espèces sont très solubles dans l'eau.
L'eau est le solvant, l'espèce chimique dissoute est le soluté.
Une solution est un solvant contenant un ou plusieurs solutés.
Animation : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/dissolution.swf
IV – Concentration molaire d'une solution
1°) Définition
C'est la quantité de matière n de soluté contenue dans un volume V
de solvant. On la note c.
On a donc
n
c=
V
Avec n en mol; V en L et c en mol.L-1
2°) Exemple de calcul de concentration
On dissout 10 g de chlorure de sodium NaCl dans 0,50 L d'eau.
Quelle est la concentration c de la solution en soluté?
Calcul de la quantité de matière n en soluté apporté:
n = m/M = 10/58,5 = 1,7.10-1 mol
Calcul de la concentration c:
c = n/V = 1,71.10-1 / 0,50 = 3,4.10-1
Donc c = 3,4.10-1 mol.L-1
V – Concentration massique d'une solution
1°) Définition
C'est la masse de soluté contenue par litre de solvant. On la note t .
Si m est la masse de soluté dans un volume V de solvant on a:
m
t=
V
Avec m en g; V en L et t en g.L-1
Exemple: on dissous une masse m = 3,0 g de NaCl dans 0,50 L
d'eau, t = 3,0/0,50 = 6,0 g.L-1 .
2°) Relation entre concentration molaire et concentration massique
Pour un soluté de concentration molaire c, on peut écrire:
n
m
t
t
c= =
=
donc c=
ou t=cM
V MV M
M
VI – Préparation de solutions
1°) Préparation par dissolution
Préparation d'un volume V d'une solution aqueuse de concentration
c d'une espèce chimique solide.
– On calcule la masse m de solide à peser: m = n.M = c.V.M.
– On pèse cette masse m dans une coupelle ou d'un sabot de
pesée à l'aide d'une balance.
– On verse le solide dans une fiole jaugée de volume V à l'aide d'un
entonnoir ou directement avec le sabot. On rince l'entonnoir ou la
sabot à l'eau distillée en versant l'eau de rinçage dans la fiole.
– On ajoute de l'eau distillée dans la fiole en s'arrêtant avant le trait
de jauge.
– On bouche la fiole et on l'agite pour dissoudre le solide.
– On finit de remplir la fiole jusqu'au trait de jauge avec une pipette
simple.
– On bouche et on agite pour homogénéiser la solution.
En vidéo :
http://www.websciences.com/documents/seconde/sedo06/setp0601.php5
http://www.youtube.com/watch?v=A2YyIo8vSCA (en anglais, mais
compréhensible!)
2°) Préparation par dilution
On a parfois besoin de préparer une solution de concentration c' à
partir d'une solution mère de concentration c > c'. Cette opération
s'appelle une dilution.
On souhaite réaliser un volume V' d'une solution diluée S' de
concentration c' à partir d'une solution mère S de concentration
c>c'. Quel volume VP de solution mère prélever pour réaliser S'?
Au cours d'une dilution, il y a conservation de la matière :
La quantité de matière n en soluté contenue dans S' provient du
volume VP prélevé de solution S'.
On peut écrire:
n(dans S') = n(dans VP)
Soit
c'.V' = c.VP
D'où
V P=
c'V'
c
Exemple:
On veut effectuer une dilution au dixième de S: c' = c/10.
On a alors:
V'
V P=
10
Si V' = 100,0 mL alors il faut prélever VP = 10,0 mL.
Le protocole est le même qu'au IV 2°) sauf pour le calcul du volume
à prélever (fait ci-dessus à partir de la concentration c de la solution
mère).
Attention: on ne prélève jamais directement la solution mère dans
son récipient, on en verse une petite quantité dans un bécher dans
lequel on effectue le prélèvement.
Voir : http://www.youtube.com/watch?v=6nS9HUruiT0
Facteur de dilution :
Il est égal au rapport c/c'. Un facteur de dilution égal à 5 signifie
donc que c' = c/5 ou que c = 5c'.
La relation de conservation de la matière précédente permet
d'écrire que c/c' = V'/VP . Le facteur de dilution est donc égal au
rapport des volumes V'/VP .
Pour diluer 5 fois une solution mère, il faudra prélever un volume VP
de solution mère égal à 1/5 du volume V' de solution fille.