Quantite de matiere cours

La mole quantité de matière

Quantite de matiere cours

I) La mole

Au niveau microscopique, une morceau de prothèse médicale en titane  est formée d'atomes.

Au niveau macroscopique (à l'échelle humaine) on peut mesurer sa masse m, égale à 150 g. La masse d’un atome de titane est ma = 7.05x10-26 . 

Le nombre d’atomes de titane dans la prothèse est donc :

N= m/ma =150x10-3/7.05x10-26 

N = 2.13x1024

Le nombre d’entités microscopiques dans un échantillon macroscopique est extrêmement grand. Pour faciliter ce processus, les entités sont groupées en « paquets », appelés « moles ».

1) La mole, unité de quantité de matière

La grandeur utilisée en domaine chimie pour spécifier un nombre d’entités microscopiques comme les atomes, les ions monoatomiques ou Les molécules qui sont constituées d'atomes liés  entre eux par une ou plusieurs liaisons de covalence. est appelée quantité de matière, et son unité est la mole (de symbole « mol »).

Exemple

La définition  international , la mole (symbole : mol) est la unité de quantité de matière.  d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone 12 . dans une masse de 24,0 g de carbone 12 il y a donc  2,00 mol de carbone 12.

Une mole d'atomes contient  6,021023  atomes. Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro et notée NA=6,021023 mol-1

2) Calcul d’une quantité de matière

Déterminé la quantité n de titane, exprimée en mol, dans une prothèse de titane de 150 g C'est le nombre de moles d’atomes dans la prothèse, soit le nombre de « paquets » de NA=6,021023   atomes dans  2.13x1024  atomes. La quantité n de titane dans la prothèse est donc:

n= N/NA =2.13x1024/6.02x1023 

= 3.53 mol

La relation de  portionnalité entre la quantité de matière n d’entités microscopiques d’un échantillon et leur nombre N est :

n =  N / NA

  • n en mole (mol) 
  • NA en mol-1
  • N  sans unité

II) Quantité de matière et masse différence

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 et inversement.
La masse molaire atomique est la masse par mole d'atomes de l'espèce chimique considérée. Elle s'exprime usuellement en g.mol-1

  • Le symbole est ( M )
  • L'unité est le gramme par mole ( g.mol-1)
Les valeurs des masses molaires atomiques figurent dans le tableau appelé « classification périodique des éléments ».

Exemple

Masse molaire du chlore : M (Cl)= 35,453 g.mol-1
Masse molaire du sodium : M (Na) = 22,98 g.mol-1
Masse molaire du carbone : M (C) = 12,011 g.mol-1

2) Masse molaire moléculaire

La masse molaire moléculaire d’une espèce  chimique est la masse par mole de molécules de cette espèce. Elle s'exprime en g.mol-1.

La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires de tous les atomes de la molécule.

Exemple

Une mole de molécules   de l’éthanol C2H6O. est constituée de six moles d’atomes d'hydrogène , d’un mole d’atomes d'oxygène deux mole de carbone

M(C2H6O) = 6x M(H) + M(O) + 2x M(C)
 = 6 x 1+ 1 x 16 + 2 x 12
= 46.0 g.mol-1

III) Quantité de matière formule 

Plusieurs formules sont utiles pour calculer une quantité de matière.

1) Cas des liquides et des solutions

La quantité de matière n d’un échantillon, sa masse m et la masse molaire moléculaire M de son espèce chimique sont reliées par:

n = m /M

  • m en gramme (g )
  • n en mole (mol) 
  • M en gramme par mole (g.mol-1)

Exemple

Dans une masse m = 40 g du chlorure de sodium est NaCl pur, la quantité n de du chlorure de sodium , de masse molaire moléculaire M = 58.5 g.mol-1 est :

n = m/M = 40/58.5 = 0. 683 mol 

1-1) Pour un liquide

La quantité n d'entités dans un échantillion de masse m, constitué d'uneespése de masse volumique ρ et de masse molaire M  est:

n =  m/M  =   ρ x V/M

  • V en Litre (L)
  • ρ en gramme par litre ( g.L-1)

1-2) Pour un gaz

n = V/Vm

  • Vm, le volume molaire, s’exprime en litres par mole (L.mol-1).
Le volume molaire est le même pour tous les gaz dits « parfaits ». Il dépend cependant de la température et de la pression. À une température de 20 °C et à une pression de 1 013 hPa, Vm = 24,0 L.mol-1.

2) Cas des solutions la concentration molaire

La concentration molaire d’un soluté est égale à la quantité de matière de soluté dissous par litre de solution. 

Si un volume V de solution contient une quantité de matière n d’une espèce dissoute, sa concentration molaire c vaut:

C = n/V

  • C en mole par litre ( mol L-1 )

Si la concentration molaire c d’une solution et son volume V sont connus, on peut calculer la quantité de matière n d’espèce dissoute:

n = C V

Exemple

On a mis en solution 5 g de FeCl3 dans une fiole jaugée de 250 mL. On donne M Fe = 55,9 g/mol et MCl = 35,5 g/mol
1) Calculer la masse molaire de FeCl3
2) quelle est la concentration molaire de la solution en FeCl3
3) quelle est la concentration molaire en ions Cl-?

Solution

1) 162,4 g/mol
2) 0,123 mol/L
3) 0,369 mol/L

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