Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Activité : Qu’est-ce qu’une quantité de matière ?
L’objectif :
Etablir un lien entre le monde microscopique et le monde macroscopique pour quantifier la matière.
Notion de quantité de matière n, constante d’Avogadro Na, masse molaire M.
Prérequis :
La matière est constituée d’
atomes
, d’ions
ou demolécules
: ce sont desentités chimiques
. Les atomes sont eux-mêmes constitués d’un
noyau
(chargé positivement) etd’électrons
(chargés négativement). C’est dans le noyau que se concentre quasiment toute la masse. La
masse
d’un morceau de matière est due àl’addition des masses de tous les atomes
constituant ce morceau de matière.Document 1 : Quelques informations sur la taille, la masse et l’empilement de quelques entités chimiques.
Les atomes de différentes natures ont des tailles différentes des masses différentes et s’empilent différemment.
Entité
chimique
Atome de
Fer (Fe)
Atome de cuivre (Cu)
Molécule d’Eau (H
2O) Atome de carbone
Rayon de l’atome
(en picomètre, 1 pm = 10-12 m)
140 pm 135 pm 110 pm 70 pm
Masse de l’atome
(en g)
92,65 x 10
-24105,44 x 10
-2429,89 x 10
-2419,93 x 10
-24Empilement des atomes
Document 2 : Article de (Wikipédia + prof) sur la quantité de matière en chimie.
Quand on fait de la chimie, on ne s’amuse pas à compter UNE PAR UNE les entités chimiques (ions, atomes, molécules…) mais on fait des gros « paquets d’entités ».
Faisons une comparaison très simple : Quand vous achetez du riz dans le commerce, le vendeur ne vous vend les grains de riz un par un mais il vous vend un paquet. Ce paquet a une masse m (souvent de 1 kilogramme) et dans chaque paquet se trouve exactement le même nombre de grains de riz puisque ils sont tous identiques et de même masse.
En chimie, c’est quasiment pareil : Par exemple, une pièce en or de 6 g contient environ 45736 milliards de milliards d’atomes d’or (45 736 000 000 000 000 000 000 atomes !). On ne va les compter un par un ! Pour éviter l’utilisation d’aussi grands nombres, on a créé une unité de mesure : la quantité de matière.
La quantité de matière est une grandeur de comptage d’entités chimiques (atomes, ions, molécules..), au même titre que la centaine, la dizaine, la douzaine. Son unité est la mole (symbole mol). La mole correspond à un très gros « paquet » d’entités chimiques
Une mole d’atomes contient un TRES TRES TRES grand nombre d’atomes : ce nombre est une constante universelle appelée
constante d’Avogadro noté Na. Une mole d’entités chimiques contient donc Na entités chimiques.
Par exemple, dans la pièce en or de 6g, il y a environ 0,0759 mol d’atomes d’or.
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie La masse d’une mole de matière est appelée masse molaire M et est différente pour toutes les entités chimiques. Par exemple, une mole d’atomes d’or a une masse différente d’une mole d’atomes d’aluminium. Pour calculer la masse molaire M d’une
molécule constituée d’atomes différents, on additionne les masse molaires de chaque atome.
Document 3 : Coupelles contenant une certaine quantité d’entités chimiques
Questions :
1/ Quelle est l’unité de la masse ? Quelle est l’unité de la quantité de matière ? (Doc 1 et Doc 2)
2/ Donne une définition de la quantité de matière ? A quoi sert-elle ? ( Doc 2)
3/ Est-ce que les atomes et les molécules ont la même taille ? (Doc 1)
4/ Est-ce que les atomes et les molécules s’empilent de la même façon ? (Doc 1)
5/ Selon toi, pour la série 1, les 4 coupelles contiennent-elles la même quantité de matière ? Sinon, quel est le point commun entre ces 4 coupelles ? (Doc 3 )
6/ Selon toi, pour la série 2, dans quelle coupelle la quantité de matière est-elle la plus grande ? (Doc 3 )
7/ Calcule le nombre d’atomes ou de molécules N dans chacune des coupelles de la série 2. Tu mettras tes résultats dans le tableau et tu arrondiras, en notation scientifique, à
2
chiffres après la virgule. (Doc 1 et Doc 3)Nombre d’atomes de fer Nombre d’atomes de cuivre
Nombre de molécule d’eau Nombre d’atomes de carbone
N = N = N = N =
8/ Que remarquez-vous pour ce nombre d’atomes ou molécules ? Comment est appelé ce nombre ? (Doc 2 et Doc 3)
9/ Reviens à la question 5 : Quel est le point commun à toutes ces coupelles ?
10/ Déduis en la masse molaire M de chacune de ces entités. (C’est la masse d’une mole).
Masse molaire du fer Masse molaire du cuivre Masse molaire de l’eau Masse molaire du carbone
M(Fe) = M(Cu) = M(H2O) = M(C) =
11/ Calcule la quantité de matière n contenue dans les coupelles de la série 1.
Quantité de matière de fer Quantité de matière de cuivre Quantité de matière d’eau Quantité de matière de carbone
n(Fe) = n(Cu) = n(H2O) = n(C) =
Applications à d’autres entités chimiques : Données : M(O) = 16 g.mol-1 ; M(H) = 1 g.mol-1 ; M(C) = 12 g.mol-1 ; M(Fe) = 55,5 g.mol-1 .
12/ Quelle est la masse molaire M(C2H6O) de la molécule d’éthanol C2H6O ? 11/ Quelle est la masse molaire M (HCO3-
) de l’ion hydrogénocarbonate HCO3-
? 12/ Quelle est la masse molaire M (Fe2O3) de l’oxyde de fer Fe2O3 ?
