La mole quantité de matière
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 x 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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