La mole

La mole

La mole C5 ^{C H A PI T R E}

1- La mole

1-1 Introduction

Exemples d’entités microscopiques : atome, molécule, ion, neutron, proton…..

Pour faciliter le décompte à l’échelle macroscopique des entités microscopiques, les entités sont regroupées en

«paquets» d'un très grand nombre constant d'entités identiques; c'est la mole, unité de quantité de matière (symbole mol).

Une mole renferme toujours le même nombre d’entités.

1-2 Définitions

a) Une mole d'entités identiques, est la quantité de matière d'un système contenant 6,02 x 10²³ entités. Le symbole de la mole est mol.

b) Le nombre 6,02 x 10²³ s'appelle la constante d'Avogadro; on le note NA. Son unité est l'inverse de la mole, notée mol^-1. NA = 6,02 x 10²³ mol^-1.

1-3 Quantité de matière d'un échantillon

La relation de proportionnalité entre la quantité de matière n, en moles, le nombre d'entités microscopiques N et le nombre d’Avogadro est :

N = N

x n

ou

n = N/N

Application À quelle quantité de matière n, correspond un échantillon contenant 12,0.10²¹ atomes ?

2- Masses molaires

2-1 Masse molaire atomique

a) La masse molaire atomique d'un atome est la masse d'une mole d'atomes de cet élément.

Notée M, elle s'exprime habituellement en g. mol^-1.

Exemples : M(¹H) = 1,00 g.mol^-1 ; M(¹⁶O) = 16,0 g.mol^-1 La masse molaire d’un atome est un nombre entier.

b) Par contre pour un élément on tient compte des différents isotopes dans les proportions rencontrées dans la nature. La masse molaire d’un élément n’est alors pas toujours un nombre entier.

EXEMPLE : cas de l'élément chlore, composé de 25% de ³⁷Cl et 75% de ³⁵Cl :

La masse molaire atomique du chlore est: M(Cl) = 0,75 x 35,0 + 0,25 x 37,0 = 35,5 g. mol^-1.

Thierry CHAUVET Seconde Sciences Physiques au Lycée

Les valeurs des masses molaires atomiques des éléments figurent habituellement dans les classifications périodiques.

2-2 Masse molaire moléculaire

La masse molaire moléculaire d'une espèce chimique représente la masse d'une mole de ses molécules.

C'est la somme des masses molaires atomiques des éléments présents dans la molécule en tenant compte des coefficients. Elle s'exprime aussi en g. mol^-1.

EXEMPLE : Déterminer la masse molaire moléculaire de l'eau.

2-3 Quantité de matière et masse (solides, liquides et gaz)

La quantité de matière n (en mol) d'un échantillon, sa masse m (en g) et la masse molaire moléculaire M (en g. mol^-1) de son espèce chimique sont reliées par :

m = M x n

ou

n = m/M

EXEMPLE : Quantité de matière de chlorure de sodium présente dans un échantillon de masse m = 100 g de chlorure de sodium, de 100 g d’eau.

Une même masse d'espèces différentes ne contient pas la même quantité de matière

2-4 Quantité de matière et volume (liquides et solides)

Dans certains cas (principalement dans le cas des liquides), on accède plus facilement à la connaissance du volume qu'à celle de la masse. La connaissance de la masse volumique est alors nécessaire pour déterminer la quantité de matière.

Masse volumique :

ρ ρ ρ ρ = m / V

kg.m^-3 kg m³ g.cm^-3 g cm³ EXEMPLE : masse volumique de l’eau : 1 g.cm^-3 ou 1000 kg.m^-3

Densité d =

ρ0

ρ avec ρρρρ masse volumique du corps

ρρ

ρρ₀ masse volumique de l’eau On a donc :

n = m/M avec m = ρ ρ ρ.V ρ

EXEMPLE : Quantité de matière contenue dans un volume V = 0,1 litre de dichlorométhane (liquide de densité 1,3).

Pour les solides et les liquides, un même volume d'espèces différentes ne contient pas la même quantité de matière.

3- Cas des gaz

3-1 Structure des gaz

Les gaz sont composés de molécules en mouvement et très éloignées les unes des autres (à pression ordinaire) La place occupée par le gaz ne dépend pas donc de la taille des molécules.

3-2 Loi d'Avogadro-Ampère

Le volume occupé par une mole de gaz ne dépend pas de la nature chimique de ce gaz mais ne dépend que de la température et de la pression : c'est le volume molaire Vm, qui s'exprime en L. mol^-1.

Thierry CHAUVET Seconde Sciences Physiques au Lycée

Dans les conditions normales de température et de pression (CNTP : 0°C et 101,3 kPa), le volume molaire a pour valeur : Vm = 22,4 L.mol^-1

Dans les conditions ambiantes on a Vm = 24 L.mol^-1

Des volumes égaux de gaz différents, pris dans les mêmes conditions de température et de pression, contiennent la même quantité de matière.

3-3 Quantité de matière et volume d'un gaz

On accède à la quantité de matière n d'un échantillon de gaz lorsqu'on connaît le volume molaire Vm dans les conditions de l'expérience.

n = V

/V

Les volumes sont exprimés dans la même unité.

Thierry CHAUVET Seconde Sciences Physiques au Lycée