I La mole II Quantités de matière et masse

Chap 4 La mole et la concentration molaire I La mole 1. Du microscopique au macroscopique Exemple : au niveau microscopique, un mousqueton d’escalade est forme d’atomes d’aluminium. Au niveau macroscopique ( a l’échelle humaine), on peut mesurer sa masse m, égale a ….g. La masse d’un atome d’aluminium est ma = 4,484x10-­‐26 kg .Le nombre d’atomes d’aluminium du mousqueton est donc : m
N=
= ma
Le nombre d’entités microscopiques dans un échantillon macroscopique est donc extrêmement grand ;pour faciliter ce décompte, les entités sont groupées en paquets, appelés moles. 2. La mole, unité de quantité de matière -­‐
la grandeur utilisée en chimie pour spécifier un nombre d’entités microscopique (atomes, molécules, ions….) est appelée quantité de matière, et son unité est la mole ( de symbole mol) -­‐ une mole d’entités est un paquet de 6,02.1023 entités. Exercice d’application La mole est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 12 grammes de carbone 12. Quelle est la quantité d’atomes, en mol, dans 24 g de carbone 12 ? Réponse :n = 2 mol Le nombre d’entités par mole d’entités est une constante universelle appelée constante d’Avogadro et notée NA = 6,02.1023 mol-­‐1 3. Calcul d’une quantité de matière Exemple : déterminons le nombre de mole d’aluminium, n, dans le mousqueton d’aluminium. Cela correspond au nombre de paquets de 6,02.1023 atomes dans N atomes calcules au 1.1. La quantité n d’aluminium dans l’échantillon est : N
n=
=…. NA
La relation de proportionnalité entre la quantité de matière n d’entités microscopiques N
d’un échantillon et leur nombre N est: n =
avec n en mol, N sans unité, NA en mol-­‐1. NA
II Quantités de matière et masse 1. Masse molaire atomique Cette grandeur permet de passer aisément de la quantité d’atomes à la masse de l’échantillon, mesurable avec une balance. La masse molaire atomique M d’un élément est la masse par mole d’atomes de cet élément. Elle s’exprime usuellement en g.mol-­‐1. Les valeurs des masses molaires atomiques des différents éléments figurent dans la classification périodique. 2. Masse molaire moléculaire La masse molaire moléculaire d’une espèce est la masse par mole de molécules de cette espèce. Elle s’exprime en g.mol-­‐1. La masse moléculaire est la somme de la masse molaire de tous les atomes de la molécule. Exemple : une mole de molécules d’eau H2O est constitue de deux moles d’atomes d’hydrogene et dune mole d’atomes d’oxygene : M(H2O) = 2xM(H) + M(O) = 18 g.mol-­‐1. Question : calculer la masse molaire du camphre, utilisée en massage par les sportifs, de formule C10H16O….reponse 152 g.mol-­‐1. 3. Quantités de matière et masse La quantité de matière n d’un échantillon, sa masse m et la masse molaire moléculaire M de son espèce chimique sont reliées par : m
m = n x M ou n = avec m en gramme (g), n en mole (mol) et M en gramme par mole M
(g.mol-­‐1) Exercice d’application : Quelle est la quantité de matière n de camphre dans une masse m = 100 g de camphre pur ? Réponse n = 0,658 mol. III Cas des liquides 1. Cas des liquides purs La quantité n d’entités dans un échantillon de masse m, constitue d’une espèce de masse volumique ρ et de masse molaire M, est : m ! "V
avec n en mol, m en g, M en g.mol-­‐1, V en L, ρ en g.L-­‐1 n=
=
M
M
2. Cas des solutions : la concentration molaire -­‐
La concentration molaire d’un soluté est egale a la quantité de matière de soluté dissous par litre de solution. -­‐ Elle s’exprime usuellement en mol.L-­‐1 La relation entre le volume de la solution V, la concentration C et le nombre de mole n n
est : c = avec c en mol.L-­‐1, n en mol et V en L. V
Exercice Pour un effort modéré , on prépare une boisson par dissolution d’une cuillère a soupe ( environ m = 15 g) de fructose de masse molaire M = 180 g.mol-­‐1 dans un volume V = 500 mL d’eau. Quelle est la concentration molaire c de cette boisson ? Réponse n = 8,3.10-­‐2mol donc c = 0,17 mol.L-­‐1 Si on note c et cm les concentrations molaire et massique d’un soluté de masse molaire M dans une solution, alors : cm = c ! M avec cm en g.L-­‐1, M en g.mol-­‐1 et c en mol.L-­‐1 Exercice : Calculer la concentration molaire en ions magnésium ( M = 24 g.mol-­‐1) de l’eau d’Hepar ( de concentration massique cm = 119 mg.L-­‐1. Réponse cm= 4,9x10-­‐3 mol.L-­‐1