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La quantité de matière en chimie

Définition de la mole

La mole1, est une unité de mesure des quantités de matière du Système International.

Le nombre d’entités (atomes, molécules, ions, électrons, etc.) contenues dans une mole est connue sous le nom de constante d’Avogadro, noté NA : $$N_A=6,02214129\times10^{23} mol^{-1}$$

Cette constante, d’importance fondamentale en chimie, permet de faire le lien entre la matière à l’état microscopique et à l’état macroscopique.

Des unités de quantité de matière

quelques repères

Ce concept d’unité de quantité de matière vous est déjà familier : il arrive que l’on rassemble les objets par paquets de dimension fixe :

  • La paire contient ainsi : 2 objets
  • La douzaine contient : 12 objets
  • La mole contient : 6,02.1023 objets

dénombrer les objets par paquets

n paires

Vous avez n = 20 paires de chaussures dans votre placard. Cela signifie que vous possédez :

$$N = n \times 2$$

Soit N = 40 chaussures. Cette relation pourrait aussi s’exprimer sous la forme :

$$n = \tfrac{N}{2}$$

n douzaines

Une bouriche de N = 66 huitres contient n douzaines, que l’on peut calculer avec la relation :

$$n = \tfrac{N}{12}$$

$$n = \tfrac{66}{12}$$

$$n=5,5 \quad douzaines$$

n moles

Un échantillon de N = 1021 atomes contient un nombre n de mol, tel que :

$$n = \tfrac{N}{N_A}$$

$$n = \tfrac{10^{21}}{6,02\times 10^{23}}$$

$$n=1,66.10^{-3}mol$$

Dénombrer avec la masse molaire

masse molaire

C’est la masse d’une mole d’objets. On la note M (majuscule), et son unité est en g.mol-1

On distingue ainsi:

la masse molaire atomique

La masse molaire atomique est indiquée dans le tableau périodique des éléments voir en bas de page

  • La masse d’une mole d’atomes d’oxygène vaut M(0) = 16 g. On note: M(O) = 16 g.mol-1

la masse molaire moléculaire

La masse d’une mole de molécule se calcule à partir de ses atomes constituants:

  • La masse d’une mole de dioxygène vaut :

$$ M(O_2) = 2 \times M(O) = 2\times 16 = 32 g$$

On note: M(O2) = 32 g.mol-1

méthode

si 1 mole d’objet pèse M : alors n mol d’objet pèse m.

On peut représenter ces grandeurs de la manière suivante :

1 M
n m

On a alors la relation :

$$n = \tfrac{m}{M}$$

application

On a vu que la masse molaire de O2 vaut M = 32 g. Si on dispose d’un échantillon gazeux de masse m = 1,8 g de O2, alors on peut évaluer le nombre de moles qu’il contient :

$$n = \tfrac{m}{M}$$

$$n = \tfrac{1,8}{32}$$

$$n = 5,2.10^{-2}mol$$

tableau périodique réduit des éléments

TPE
masses molaires atomiques

La concentration molaire

Definition

La concentration molaire d’une espèce X en solution, notée [X], mesure la quantité de matière (le nombre de mol) de l’espèce X qu’il y aurait dans 1L de solution. Cette concentration s’exprime en mol.L-1.

Loi de concentration molaire

Pour un volume V de solution, contenant n mol de soluté X:

$$[X] = \tfrac{n}{V}$$

Applications

Proportionnalité

Comme pour le calcul de quantité de matière, on peut résoudre un problème de concentration par proportionnalité:

Enoncé: Soit une solution S de volume V = 0,1L, contenant 0,05 mol d’ions Cl-. Calculons la concentration molaire en ions Cl-

Résolution:

On fait la corrspondance suivante:

n(mol) volume(L)
0,05 0,1
n 1

On a donc:

$$n = \tfrac{0,05}{0,1}$$

$$n = 0,5 mol$$

Donc la concentration molaire est : $$[Cl^-] = 0,5 mol.L^{-1}$$

Utiliser la loi de concentration

Pour le même énoncé, on pose:

$$[Cl^-] = \tfrac{n}{V}$$

$$[Cl^-] = \tfrac{0,05}{0,1}$$

Soit:

$$[Cl^-] = 0,5 mol.L^{-1}$$

L’essentiel

A retenir
  • La mole :
    C'est une unité de quantité de matière. La mole représente un echantillon contenant exactement 6,02.1023 entités (atomes, ou molécules, ou électrons...)
    Ce nombre gigantesque permet de mesurer les échantillons à l'échelle macroscopique.
    Cette manière de compter les entités, en mole(s) n'est adaptée que pour des entités à l'échelle microscopique : atomes, ions, molécules, électrons.
  • Masse molaire
    La masse molaire atomique est donnée par le tableau périodique des éléments. Et la masse molaire moléculaire se calcule par rapport aux atomes constitutifs:
    $$M(H_2O) = 2\times M(H) + M(O)$$ $$M(H_2O) = 2 \times 1 + 16 = 18 g.mol^{-1}$$
  • Quantité de matière :
    On appelle quantité de matière le nombre de moles constituant l'échantillon. On note cette quantité avec la lettre n. Son unité, mole(s), peut se noter de manière raccourcie mol.
    Soient :
    • m(ech) : masse d'un échantillon constitué du même type d'atomes.
    • M(atome) : la masse d'une mole de cet atome
    $$n = \tfrac{m(ech)}{M(atome)}$$
  • Concentration molaire
    [X] mesure la quantité de matière (le nombre de mol) de l'espèce X qu'il y aurait dans 1L de solution.
    $$[X] = \tfrac{n}{V}$$
    • n : nombre de mol de X
    • V : volume de solution
  • Tableau résumé
    grandeurunité
    nmol
    Mg/mol
    mg
    VL
    [X]mol/L

  1. La mole est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 0,012 kilogrammes de carbone 12 [return]