Objectifs
• Définir la mole, la constance d’Avogadro et la masse molaire.
• Calculer la masse molaire atomique et moléculaire.
• Écrire et appliquer la relation entre la quantité de matière.
Situation problème
Kenfack élève de troisième vient de poser une question à son professeur. Combien de grains de riz peut-on avoir dans un sac de 50 kg?
Un professeur dit qu’en chimie, il est aisé d’utiliser la mole pour exprimer la quantité de matière plutôt que de vouloir compter leurs nombres très élevés.
• Aide cet élève à exprimer la masse d’une mole de riz.
• Comment peut-on compter les atomes alors qu’ils ne sont pas visibles à l’œil nue ?
I. Notion de quantité de matière
La quantité de matière désigne le nombre de particules ou d'entités élémentaires (atomes, molécules, ions, etc) dans un échantillon.
Elle est également appelée quantité chimique.
La quantité de matière est une grandeur fondamentale en chimie. Elle se note \(n\) et s'exprime en moles (unité : mol).
L'unité de mesure de la quantité de matière est la mole notée (mol). Une mole est un ensemble \(6,02 \times {10^{23}}\) entités chimiques (atomes, ions ou molécules).
Le nombre d’entités élémentaires contenu dans une mole est appelé nombre ou constante d’Avogadro et est noté \({N_A}\).
Cette constante s’exprime en mol−1 et sa valeur approchée vaut : \({N_A} = 6.02 \times {10^{23}}\) \(mo{l^{ - 1}}\).
La mole est la quantité de matière contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12 (\({}_6^{12}C\)).
II. Notion de masse molaire
La masse molaire M d’une espèce chimique est la masse d’une mole d’entités de cette espèce.
Elle s’exprime en grammes par mole \(g/mol\) 𝒐𝒖 \(g.mo{l^{ - 1}}\).
En fonction de l’entité chimique, (atomes, ions ou molécules), on parlera de :
II.1 Masse molaire atomique
La masse molaire atomique est la masse d’une mole d’atomes d’une espèce chimique considérée.
Les valeurs sont données dans le tableau de classification périodique.
Exemple : \({M_C} = 12g/mol\) ; \({M_H} = 1 g/mol\); \({M_O} = 16g/mol\)
II.2 Masse molaire moléculaire
La masse molaire moléculaire est la masse d’une mole de cette molécule.
Elle est la somme des masses molaires atomiques des atomes qui constituent la molécule.
Exemple : molécule d’éthanol \({C_2}{H_6}O\)
\({M_C} = 12g/mol\); \({M_H} = 1 g/mol\); \({M_O} = 16g/mol\)
\({M_{{C_2}{H_6}O}} = 2{M_C} + \) \(6{M_H} + {M_O} = \) \(2 \times 12 + 6 \times 1\) \( + 16 = 46g/mol\)
II.3 Masse molaire ionique
C’est la masse d’une mole d’ions.
La masse molaire d’un ion ou d’un composé ionique se calcule de la même manière que celle d’une molécule. On ne tient pas compte des charges électriques car la masse des électrons est négligeable.
Exemple :
Soit à calculer la masse molaire de \({CO_3^{2 - }}\)
\({M_{CO_3^{2 - }}} = {M_C} + 3{M_O}\) \( = 12 + 3 \times 16\) \( = 12 + 3 \times 16\)
III. Détermination de la quantité de matière
III.1 Détermination de la quantité de matière dans une substance de masse \(m\)
La quantité de matière ou nombre de moles contenue dans une masse m d’une substance de masse molaire M est :
\(n = \frac{m}{M}\)
Avec \(M\) en \(g/mol\), \(m\) en g et \(n\) en \(mol\)
Exemple
Calcule la quantité de matière de dioxyde de carbone \(C{O_2}\) contenue dans 32 g de ce gaz.
On calculera d’abord la masse molaire de dioxyde de carbone.
\({M_{C{O_2}}} = {M_C} + \) \(2{M_O} = 12 + \) \(2 \times 16 = 44g/mol\)
En suite
\(n = \frac{m}{{{M_{C{O_2}}}}}\)
\(n = \frac{{32}}{{44}} = 0,73mol\)
III.2 Détermination de la quantité de matière contenue dans un gaz de volume \(V\)
Le volume molaire \({V_m}\) d’un gaz est le volume d’une mole de ce gaz. Il s’exprime en litre par mol (\(L/mol\)).
La quantité de matière n ou nombre de moles contenue dans un volume \(V\) de gaz dans les conditions où le volume molaire vaut \({V_m}\) est :
\(n = \frac{V}{{{V_m}}}\)
NB : Cette relation n’est valable que pour les gaz.
Le volume molaire \({{V_m}}\) d’un gaz dépend de sa température et de sa pression. Dans les conditions normales de température et de pression (𝐂 𝐍𝐓𝐏 : \(T = {0^o}\) 𝐂 𝐞𝐭 \(P = {10^5}\) 𝐏𝐚 ) , le volume molaire d’un gaz est dit volume molaire normal du gaz et vaut : \({V_m} = 22,4 L/mol\)
Remarque : Dans les conditions habituelles de température (\(T = {20^o}\) 𝑪) et à la pression atmosphérique normale :
Loi d’Avogadro-Ampère
Dans les mêmes conditions de température et de pression, tous les gaz ont le même volume molaire
III.3 Densité d’un gaz par rapport à l’air
La densité d’un gaz par rapport à l’air est donnée par la relation :
\(d = \frac{M}{{29}}\)
\(M\) étant la masse molaire moléculaire du gaz.
La densité n’a pas d’unité.
