chapitre 1 : LES QUANTITES DE MATIERE

 

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I.      QUANTITE DE MATIERE ET NOTION DE MOLE : 1

II.     QUANTITE DE MATIERE ET MASSE : 1

III.       QUANTITE DE MATIERE ET CONCENTRATION MOLAIRE : 1

IV.       QUANTITE DE MATIERE ET VOLUME : 2

 

I.    QUANTITE DE MATIERE ET NOTION DE MOLE :

-          des mesures de masse, de volume ou de concentration ;

-          des réactions chimiques : c’est le cas de l’alcootest ;

-          des propriétés physico-chimiques, comme l’absorption de rayonnement.

 

II.           QUANTITE DE MATIERE ET MASSE :

 

Dans le S.I. la masse s’exprime en kilogramme (kg). Cependant, en chimie, il est d’usage d’exprimer les masses en gramme (g) : 1 g = 10-3 kg

 

1.1.              Masses molaires :

 

1.2.             Relation entre quantité de matière, masse et masse molaire :vidéo

 

La quantité de matière n d’une espèce chimique est égale au quotient de sa masse m par sa masse molaire M :                          

                                      n = m/M            

Avec : n en mol ; m en g et M en g.mol-1

Cette relation est vérifiée pour les solides, les liquides et les gaz.

 

Exemple : La quantité de matière dans un morceau de sucre de m = 6,0 g sachant que ce sucre est du saccharose, de formule C12H22O11 et de masse molaire M = 342 g.mol-1 est égale à : n = 6,0/342 = 0,175 mol = 1,8.10-1 mol

 

III.       QUANTITE DE MATIERE ET CONCENTRATION MOLAIRE :vidéo

Pour une solution S obtenue par dissolution d’un composé moléculaire A dans un liquide B : A est le soluté et B est le solvant.

 

La concentration molaire CA d’une espèce moléculaire A dissoute dans une solution homogène est égale à :

                                    CA = n(A)/V ou n(A) = CA.V        

C en mol.L-1 ; n en mol et V en L

 

Exemple : La quantité de matière de glucose C6H12O6 contenue dans V = 250 mL de solution de concentration C = 0,154 mol.L-1 est égale à : n(C6H12O6)=0,154x0,250 = 3,85.10-2 mol

 

IV.          QUANTITE DE MATIERE ET VOLUME :

 

1.3.             Le volume des solides et des liquides :

 

Dans le S.I. le volume s’exprime en mètre cube (m3). Cependant, en chimie, il est d’usage d’exprimer les volumes en litre (L) : 1 L = 10-3 m3

Un liquide n’a pas de forme propre : son volume ne dépend pas du récipient qui le contient.

 

A une température donnée, le rapport de la masse m d’un échantillon à son volume V est sa masse volumique r :

r = m/V  ou  m = r.V

m en g ; V en L ; r en g.L-1 exemple

On en déduit la quantité de matière d’une espèce solide ou liquide :

n = r.V/M

La densité d d’un corps par rapport à un corps de référence est égale au quotient de la masse m d’un volume V de ce corps par la masse m0 d’un même volume V du corps de référence considéré dans les mêmes conditions de température et de pression :

                                       d = m/m0 = r/r0

d est une grandeur sans unité exemple

 

Pour les liquides et les solides, le corps de référence est l’eau : reau = 1,00 g.cm-3 1000 g.L-1

 

Exemple : La masse de 15,0 mL d’éther diéthylique de masse volumique 710 g.L-1 est :

m = 710x15,0.10-3 = 10,7 g              

 

4.2. Le volume des gaz :

 

4.2.1. Equation d’état des gaz parfaits (vidéo):

 

Pour déterminer la quantité de matière d’un échantillon gazeux, il faut mesurer sa température, son volume et sa pression. Si la température et la pression ne sont pas trop élevées, un gaz peut être considéré comme parfait. (on néglige alors toutes les interactions entre les molécules)

 

Sa quantité de matière, sa pression, sa température et son volume sont liés par la relation :

                                    p.V = n.R.T

Avec : p : en pascal (Pa) ; V en mètre cube (m3;T en kelvin (K) (T = q + 273,15) ; n en mole (mol) et R = 8,314 S.I. (constante des gaz parfaits)

La quantité de matière n d’un échantillon gazeux a donc pour expression : n = p.V/R.T

 

Exemple : La quantité de matière contenue dans 24 mL de dioxyde de carbone mesurés sous la pression de 1015 hPa et à la température de 20°C est :

n = 1,015.105x24.10-6/293x8,31 = 1,0.10-3 mol

 

4.2.2. Volume molaire d’un gaz : vidéo

Le volume molaire d’un gaz, noté Vm, est le volume occupé par une mole de gaz.

Il s’exprime en L.mol-1 et dépend des conditions de température et de pression.

Le volume molaire d’un gaz est indépendant de la nature du gaz.

 

La quantité de matière n d’un gaz peut être déterminée si on connaît le volume occupé par le gaz et son volume molaire Vm dans les conditions étudiées : n = V/Vm

 

Exemple : La quantité de matière de dioxygène contenue dans un volume de V = 25,0 mL, mesuré dans des conditions de température et de pression pour lesquelles le volume molaire gazeux est     Vm = 23,2 L.mol-1 est : n = 0,250/23,2 = 1,08.10-3  mol

·                    Dans les conditions normales : T = 0°C et p = 1,013.105 Pa   Vm = 22,4 L.mol-1

·                     Dans les conditions normales : T = 20°C et p = 1,013.105 Pa   Vm = 24,0 L.mol-1