Masse atomique (relative)

Transcription

1 Stœchiométrie 1 La masse moléculaire et la masse formulaire La stœchiométrie (gr. : stœchios = élément, metros = mesure) est l'étude des proportions suivant lesquelles les corps se combinent entre eux. Masse atomique (relative) Les masses réelles des atomes ( ) s'expriment par des nombres extrêmement petits. C'est pourquoi les chimistes préfèrent utiliser les masses atomiques relatives qui elles s'expriment en «u» ou «u.m.a.» 1 «u.m.a.» = 1 «u» = 1, g = 1/12 ème de la masse d'un atome de carbone 12. La masse d'un atome est environ égale des masses des et qui forment cet atome. (Si on néglige la masse des électrons qui est beaucoup plus petite et si on ne s'occupe pas du défaut de masse). Exemple : masse d'un atome de chlore 35 (17 protons et 18 neutrons) = u. Comme il existe deux sortes d'atomes de chlore dans la nature : le 35 Cl et le 37 Cl, et que ces deux isotopes se trouvent toujours mélangés dans une même proportion (respectivement 75,4 % et 24,6 %), quels que soient le lieu de prélèvement et la nature de l'échantillon, le chimiste travaille toujours avec le mélange des deux. On a donc du définir une masse moyenne : la masse de l'élément. la masse d'un élément est la masse moyenne des atomes du mélange isotopique naturel. Exemple: masse atomique de l'élément chlore = u. Masse moléculaire (relative) La masse moléculaire est la masse d'une. C'est la somme des masses atomiques des atomes constituant cette. Exemple : masse moléculaire (relative) du dioxyde de carbone CO 2 = u. Masse formulaire (relative) Lorsqu'on a affaire à des composés, à des alliages ou à des cristaux atomiques, on parle de masse formulaire. C'est la masse d'une unité de formule. C'est la somme des masses des ions ou des atomes contenus dans la formule chimique. Exemple : masse formulaire de l'oxyde de calcium CaO = u

2 Stœchiométrie 2 La mole, quantité de matière Lorsque vous allez aux commissions, vous pouvez acheter la marchandise : Ø : 100 g de beurre, 1 kilo de pain, etc. Ø : 1 litre de lait, deux décis de "rouge", etc. Ø : 1 paquet (20 cigarettes) ou une cartouche (200 cigarettes). De même, le chimiste mesure une quantité de matière en : Ø : 1,0 g de zinc, 2,0 g de NaOH, etc. Ø : 1 litre d'eau, 10 millilitres d'alcool, etc. Ø : 4 mol de fer, 0,2 mol de chlore, etc. Définition : Une mole est la quantité de matière qui contient autant de particules dans 12 g de carbone 12. Ce nombre, appelé nombre vaut : N A = 6, Ainsi, une mole d'atomes est la qui contient 6, atomes. Une mole de molécules est la qui contient 6, molécules. Masse molaire La masse molaire est la masse d'une mole, c'est-à-dire la masse de 6, particules. Par exemple, la masse molaire du carbone vaut car de carbone contiennent 6, atomes. La masse molaire de l'eau vaut car d'eau contiennent 6, molécules. Symbole de la masse molaire : M Unité : g/mol. Pour calculer le nombre de moles n contenu dans une masse m de substance, il faut diviser, c'est-à-dire par la masse molaire. Pour calculer la masse m d'un certain nombre de moles n de substance, il faut, c'est-à-dire par la masse molaire

3 Stœchiométrie 3 La concentration des solutions Très souvent, on effectue les réactions chimiques en solution, c'est-à-dire dans capable de les réactifs. Une solution est un mélange constitué d'un (le corps qui dissout) et d'un (le corps qui est dissous). La caractéristique essentielle d'une solution est en corps dissous. Il existe plusieurs façon d'exprimer la quantité de soluté dans un volume donné de solvant. Le pourcentage volumique : Il indique le volume de soluté (en cm 3 ) dans 100 cm 3 de solution. Par exemple, l'inscription 40 % Vol. sur une bouteille de Cognac veut dire que l'on a 40 cm 3 d'alcool éthylique dans 100 cm 3 de Cognac. Formule : % volumique =. 100 Le pourcentage massique : Il indique la masse de soluté (en g) dans 100 g de solution. Par exemple, l'inscription HCI 25 % sur une bouteille d'acide chlorhydrique veut dire que l'on a 25 g de HCI dans 100 g de solution. Formule : % massique =. 100 La concentration massique : Elle indique la masse de soluté dans 1 litre de solution. Par exemple, l'inscription 45 g/l sur une bouteille de vinaigre veut dire que l'on a 45 g d'acide acétique dans 1 litre de vinaigre. Formule : concentration massique = = Unité : en général g L -1 ou mg L

4 Stœchiométrie 3b La concentration des solutions (suite) La concentration molaire : Elle indique dans 1 litre de Par exemple, l'inscription NaCI 2,0 M sur une bouteille de chlorure de sodium veut dire que l'on a 2 moles de NaCI dans 1 litre de solution. Formule : concentration molaire = = Symboles : C ou [ ]. On écrit par exemple : C HCl ou [ HCl] = n HCl V Unité : mol L -1 (souvent symbolisé par M dans la littérature et sur les flacons) Ionisation du soluté Si nous testons la conductibilité électrique de solutions aqueuses de sel de cuisine (NaCI) et de sucre (saccharose, C 12 H 22 O 11 ), nous observons : a) que la solution de NaCI le courant électrique. Explications : le NaCI est un composé qui est constitué de cations Na + et d'anions Cl. Lors de la dissolution, ces ions sont dispersés dans le solvant et ils assurent la conductibilité électrique de la solution. On écrit : NaCI (s) Na (aq) + + Cl (aq) b) que la solution de saccharose, C 12 H 22 O 11, le courant électrique. Explications : le saccharose est un composé Il est constitué de molécules C 12 H 22 O 11. Lors de la dissolution, ces molécules sont dispersées dans le solvant, mais les atomes constituant ces molécules restent liés de sorte que la solution ne contient que des molécules. Elle ne conduit donc pas le courant électrique. On écrit : C 12 H 22 O 11 (s) C 12 H 22 O 11 (aq) - 4 -

5 Stœchiométrie 4 Composition centésimale et formule chimique La composition centésimale d un corps est le pourcentage en masse des atomes de ce corps composé. La composition centésimale est en général déterminé expérimentalement. Si l on connaît cette composition, on peut déterminer la formule brute la plus simple. Si en plus on connaît la masse molaire de la substance, on peut déterminer sa formule brute exacte. Bien entendu, si on connaît la formule chimique d un composé, on peut facilement calculer sa composition centésimale. Le pourcentage de l élément X dans un corps composé Y peut être calculé par la formule suivante : Exemple La nicotine a comme formule exacte C 10 H 14 N 2. Déterminons sa composition centésimale : La masse molaire M de la nicotine vaut : = 162 g mol -1 Pourcentage de carbone : Pourcentage d hydrogène : Pourcentage d azote : Vérification : 74,1 + 8,6 + 17,3 = 100 % (Jubilation intense! C est OK!) - 5 -

6 Stœchiométrie 5 Les équations de réaction Une réaction chimique est la d'espèces chimiques appelées en nouvelles espèces chimiques appelées. Afin d'exprimer le résultat d'une réaction chimique de façon précise et concise, on écrit une chimique qui est l'expression abstraite d'un fait. Pour établir une équation de réaction il faut : 1. Ecrire les formules des réactifs à en les assemblant à l'aide du signe Dessiner une flèche indiquant le du processus. 3. Ecrire de l'autre côté de la flèche les formules des rassemblés par le signe Equilibrer l'équation, c'est-à-dire placer les nécessaires afin que la des atomes de chaque élément soit vérifiée. Exemples : En chauffant de l'oxyde de mercure (Il), une poudre rouge, on obtient des gouttelettes d'un métal liquide (du mercure) et un gaz incolore inodore et insipide qui entretient les combustions (oxygène). En "français" : Oxyde de mercure (Il) Mercure + Oxygène En langage chimique : 1. HgO 2. HgO 3. HgO Hg + O 2 4. En faisant réagir du sodium et du chlore, on obtient une poudre blanche, le chlorure de sodium. En "français" : Sodium + chlore Chlorure de sodium En langage chimique: 1. Na + Cl 2 2. Na + Cl 2 3. Na + Cl 2 NaCI

7 Stœchiométrie 6 Aspects quantitatifs des réactions chimiques La fiche précédente nous a permis d'apprendre à écrire des équations chimiques et à les équilibrer. En résumé, une équation chimique est divisée en deux membres : Réactifs Produits Exemple : lorsque le gaz naturel brûle, il réagit avec l'oxygène pour former du gaz carbonique et de l'eau. On représente cette réaction chimique par son équation chimique équilibrée : + + Cette équation nous indique qu'une molécule de CH 4 réagit avec molécules d'oxygène. Au cours de cette réaction, il se forme une molécule de CO 2 et molécules d'eau. Mais on peut aussi dire qu'une mole de CH 4 forme une mole de CO 2 et moles d'eau. réagit avec moles d'oxygène et il se Comme "rien ne se perd et rien ne se crée" (Loi de la ), on doit avoir le même nombre d'atomes à gauche qu'à droite de l'équation. Ainsi la masse des réactifs est la même que celle des produits. Pour déterminer la masse d'un produit formé au cours d'une réaction chimique, il faut : 1. Ecrire 2. Equilibrer 3. Chercher le nombre de moles 4. Calculer le nombre de moles 5. Calculer la masse A titre d'exemple, déterminons la masse d'oxygène formée lors de la thermolyse d'un gramme d'oxyde de mercure HgO : n HgO = = = mol 4. n O2 = 5. m O2 = - 7 -