Sciences Physiques 2007/2008 St. Michel de St. Mande. Fiche de Cours

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1 Sciences Physiques 2007/2008 St. Michel de St. Mande Fiche de Cours Unité : Transformation de la matière Chapitre: 1 La Mole La Quantité de Matière Il existe en chimie deux échelles : i. Echelle macroscopique, c'est-à-dire l échelle humaine, où l on manipule les produits chimiques, ii. Echelle microscopique, où se trouvent les constituants de la matière qui participent aux réactions, et dont les caractéristiques (e.g. masse, volume, etc.) ne sont pas mesurables directement avec des instruments d usage courant. Donc on a besoin de pouvoir mesurer des quantités de matière avec une unité qui est adaptée à l échelle macroscopique. Cette grandeur macroscopique s appelle la Quantité de matière (=amount of substance), notée n, dont l unité est la Mole ( ). La Mole Les chouquettes sont chouettes. Si on veut en acheter pour une fête, il est plus pratique de commander le nombre de douzaines (ou nombre de paquets) de chouquettes nécessaires, (au lieu du nombre de chouquettes individuels). Donc, la douzaine (ou le paquet) est l unité macroscopique des chouquettes. En transposant cette analogie aux atomes et molécules, alors, au lieu d indiquer les millions de milliards de particules nécessaires pour une réaction chimique, il est plus pratique d introduire un «paquet» de particules, c'est-à-dire une unité bien adaptée à l échelle macroscopique. DÉFINITION : i. La mole est l unité de Quantité de Matière. ii. On utilise la mole pour indiquer le nombre d atomes, de molécules, ou d ions dans un échantillon de matière (en gros, le nombre total de particules microscopiques dans l échantillon). Par exemple, on peut dire : 3 moles de cuivre, ou 0,75 moles de O 2, ou 10 7 moles de Fe 2+ iii. La mole notée n, et le symbole de cette unité est mol (i. e. n = mol.) 1

2 iv. Une mole est la quantité de matière d un système contenant autant d entités élémentaires qu il y a dans 12 g de Carbone-12. Ce nombre est donné par la Constante d Avogadro N A = 6, v. Le nombre d entités élémentaires N dans un échantillon de n moles est donné par la formule : N = n N A où N Nombre d ' entité dans l ' échantillon(sans unité) n quantité de matière en mol N A Constante d ' Avogadro en mol 1 Donc la morale de cette histoire? Une douzaine est un paquet de douze, tandis qu une mole est un paquet de N A = 6, EXEMPLE 1 mole de Fer contient 6, atomes de fer 1 mole d eau contient 6, Molécules d eau. 3,3 mole de Na + (ion de sodium), contient N = n N A = (3,3)( 6, ) = 2, ions de Sodium EX. 1 APPLICATION Combien de moles constituent molécules de HCl? Donner la réponse en mol, ainsi qu en mmol. Les Quantités Molaires Lors de notre préparation pour la grande fête (l anniversaire de Newton), on achète nos chouquettes chez les deux grands Pâtissiers du quartier : Ludovic Lorge, et Léo Lafarine. On constate que les chouquettes de Lafarine n ont ni la même masse ni la même taille de celles de Lorge (quel scandale)! Donc une douzaine de chouquettes de Lafarine n aura pas non plus la même masse que la douzaine de Lorge (ni la même taille). La situation est identique pour les entités élémentaires. Les différentes particules ont des masses différentes, et par conséquent, la masse d une mole d un atome diffère de la masse d une mole d un autre type d atome. Ceci nécessite l introduction des grandeurs dites Molaire : 2

3 Masse Molaire DEFINITION : La masse molaire d une espèce chimique est la masse d une mole d entités de cette espèce. Elle est notée M, et elle s exprime en g mol 1 (gramme par mole). On définit deux types de masse molaire (=molar masse): i. MASSE MOLAIRE ATOMIQUE La masse d une mole d atome à l état naturel, c'est-à-dire compte tenu de tous ses isotopes, et de leur abondance relative. Il existe une relation entre la quantité de matière n et la masse molaire M : n = m M m = n M où n quantité de matière ( en mol ) m masse de matière en g M Masse molaire ( en g mol 1 ) Les masses atomiques de la classification des éléments sont en fait leur masse molaire. Donc la masse molaire d hydrogène est 1 gramme par mole : c'est-à-dire, une mole d hydrogène (6, atomes d hydrogène) a une masse de 1 gramme. EX. 2 Dans l état naturel, un échantillon de chlore contient les deux isotopes principaux de chlore dans les proportions suivantes : 76% de 17Cl et 24% de 17Cl. Calculer la masse d une mole de Chlore. Données : m( Cl) = 5, g 35 m( Cl) = 6, g 17 3

4 ii. MASSE MOLAIRE MOLÉCULAIRE La masse d une mole d une molécule. Elle s établit en effectuant la somme des masses molaires atomiques de chacun des atomes qui constituent la molécule. EX. 3 Calculer la masse molaire de H 2 O. Volume Molaire Pour les solides et les liquides, une même quantité de matière d espèces chimiques différentes ne présente ni le même volume ni la même masse. Le cas des gaz est différent. Le comportement de matière dans l état gazeux est donné par la loi d Avogadro- Ampère : A température et pression données, le volume occupé par une mole de gaz est indépendant de la nature du gaz. Ce volume est appelé volume molaire(=molare volume). On le note V m, et il s exprime en L mol 1. Le volume molaire d un gaz à 20 C et à une pression de 1013 hpa (pression atmosphérique), vaut : V m = 24,0 L mol 1 Le volume molaire d un gaz dépend de la température et de la pression du gaz considéré. L évolution du volume molaire en fonction de la température : Température ( C) Volume Molaire (L mol 1 ) 0 22, , , ,0 Donc la quantité de matière d un gaz est donnée par la relation suivante : n = V V m où n quantité de matière ( en mol ) V Volume du gaz en L V m Volume molaire ( en L mol 1 ) 4

5 EX. 4 Application. i. Calculer la quantité de matière contenue dans un volume V = 1,00 L de vapeur d eau à 20 C à la pression atmosphérique. ii. Calculer la quantité de matière contenu dans un volume V = 1,00 L de vapeur d eau à 500 C à la pression atmosphérique. iii. Calculer le volume de n = 3,58 mol d ammoniac à 20 C à la pression atmosphérique, en L, et en ml. 5

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