Lois ponderales

Quel est l'intérêt d'utiliser ce nombre?

Nos balances ne nous permettent pas de mesurer la masse d’un seul atome ou d’une seule molécule. Lorsque nous faisons des expériences nous utilisons des milliards de milliards d’atomes. Une simple goutte d’eau (environ 0,05 ml) compte déjà environ 16723100000000000000 molécules !

Il est indispensable de travailler sur une immense collection d’atomes et de molécules. Lorsqu’on prend une collection d’atomes correspondant au nombre d’Avogadro, on a une quantité de matière qu’on appelle une mole. Et cette notion de mole nous sera très utile.

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Un atome d'hydrogène a une masse de 1 u.m.a.

Une mole d'atomes d'hydrogène a une masse de 1 gramme

1 molécule de NaOH a une masse de 40 u.m.a.

Une mole de NaOH a une masse de 40 grammes

La mole est donc une unité très pratique en chimie et en physique. Elle permet de décrire des objets aussi petits que des atomes et des molécules avec des unités de la "vie quotidienne". L'unité de la mole s'écrit [mol].

Notions fondamentales

L'usage systématique de la balance a permis au chimiste Lavoisier de proposer sa loi de la conservation de la masse qu'on énonce souvent «rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme»

La masse atomique

La masse moléculaire

Les chimistes ont toujours besoin d'exprimer les masses des différents éléments les uns par rapport aux autres.

La masse atomique que l'on trouve dans le tableau périodique des éléments est la masse moyenne des éléments: c'est la moyenne des masses des divers isotopes d'un élément.

Atome-gramme at.-g

C'est la quantité d'un élément exprimé en grammes par le même nombre que la masse atomique.

Exemples:

1 at.-g d'hydrogène = 1 g d'hydrogène

1 at.-g de carbone = 12 g de carbone

1 at.-g de fer = 56 g de fer

3 at.-g de soufre = 3 (S)g de soufre

= 3 . 32g de soufre

= 96 g de soufre

Molécule-gramme mol.-g

C'est la quantité d'une substance exprimée en grammes par le même nombre que la masse moléculaire.

Exemple: 1 mol.-g de H2SO4 = (2.1) + 32 + (4.16) = 98 [g]

Exercice: Combien de moles représentent 1 gramme de CaCO3 ?

Masse moléculaire du :

C'est la somme des masses atomiques qui constituent un corps.

Une collection de 1000 objets s'écrit mille. On peut aussi écrire 103

Une collection de 1’000’000 objets s'écrit million. On peut aussi écrire 106

Une collection de 1’000’000’000 objets s'écrit milliard. On peut aussi écrire 109

En chimie, il a fallu inventer un nouveau nombre pour compter les gigantesques collections d'atomes et de molécules: ce nombre est appelé nombre d'Avogadro. C'est une collection de 602200000000000000000000 objets.

On le note

Le nombre d’Avogadro

NA

La mole

[ mol ]

Aux conditions normales de température et de pression (TPN), une mole de gaz occupe un volume constant :

Le volume d’Avogadro

VA

Problèmes types de stoechiométrie

1. Teneur d'un corps

Quelle quantité de bore peut-on extraire à partir d'une tonne de borax Na2B4O7 . (H2O)10 si le rendement de l'opération est de 80% ?

Réponse : 92 [Kg]

2. Masse d'un corps

Combien faut-il prendre de grammes d'aluminium pour obtenir 1 tonne de chlorure d'aluminium selon la réaction : Al + Cl2 ---> AlCl3 (équilibrer l'équation)

Réponse : 2,02.105 [g] ou 202 [Kg]

3. Volume d'un corps participant à une réaction à TPN

Quel volume d'oxygène (gaz dioxygène) faut-il aux conditions normales de température et de pression pour transformer 100 [g] de fer en magnétite Fe3O4 ?

Réponse : 26,7 [L] ou 0,0267 [m3]

4. Volume d'un corps participant à une réaction si les conditions ne sont pas normales

Quel volume d'oxygène (gaz dioxygène) faut-il à 100 [°C] et 2 [atm] de pression pour brûler 270 [g] d'aluminium ?

Réponse : 114,7 [L] ou 0,114 [m3]

5. Composition centésimale d'un corps ( teneur en % )

Quelle est la composition centésimale du K2Cr2O7 ?

Réponse : 26,5 % de K _ 35,4 % de Cr _ 38,1 % de O

6. Formule d'un corps

Retrouver la formule d'un corps, connaissant sa composition centésimale ( donnée par l'analyse ) . Un acide organique a une masse moléculaire de 60 [g/mol]. Sa composition est 40 % de C _ 6,7 % de H _ 53,3 % de O . Quelle est sa formule ?

« … rien ne se crée, ni dans les opérations de l'art, ni dans celles de la nature, ..., il y a une égale quantité de matière avant et après l'opération ; que la qualité et la quantité des principes est la même, et qu'il n'y a que des changements, des modifications».

Lavoisier, Traité élémentaire de chimie (1789)

La quantité de matière (masse) consommée dans une réaction chimique est égale à la quantité de matière produite au cours de la réaction.

Le symbole de l'élément entre parenthèses prends la valeur d'un chiffre, qui sera toujours arrondi à l'unité (pour simplifier les calculs), sauf :

(Cl) = 35,5 u.m.a et (Cu) = 63,5 u.m.a

(H) = 1,008 u.m.a

(C) 12,01 u.m.a

(Fe) = 55,847 u.m.a

(Cl) 35,453 u.m.a

Notation:

= (Na) + (O) + (H)

= 23 u.m.a + 16 u.m.a + 1 u.m.a

= 40 u.m.a

= 2(H) + (S) + 4(O)

= 2 (1 u.m.a) + 32 u.m.a + 4. (16 u.m.a)

= 2 u.m.a + 32 u.m.a + 64 u.m.a

= 98 u.m.a

(NaOH)

Exemples:

(H2SO4)

1 atome de Fe ?

1 mole de Fe ?

1 atome de H ?

1 molécule de H2 ?

1 mole de H2 ?

1 mole de HNO3 ?

1 mole de NaCl ?

1 mole de CaCl2 ?

1 mole de N2 ?

Quelle est la masse de:

Quelle est la masse atomique :

a) du fer

b) du sodium

c) du chrome

d) du soufre

e) de l'or

f) de l'azote

g) du cuivre

h) de l'argon

i) du chlore

Quelle est la masse moléculaire de:

a) K2Cr2O7

b) H3PO4

c) NaH2PO4

d) diazote

e) "oxygène"

f) Al2O3

g) Fe3O4

h) Fe2O3

i) NH3

j) H2O

a) 32 g de dioxygène ?

b) 2 mol de H3PO4 ?

c) 10 g de CaCO3 ?

d) 22,4 L de néon ?

e) 22,4 litres d'ozone ?

f) Al2O3 ?

g) 49 grammes de H2SO4 ?

h) 1 mole d'eau ?

i) 1 mol de H2O ?

j) 1 mole d'hélium ?

Combien y a-t-il d’atomes dans:

Une mole d'atomes, c'est la quantité d'un élément exprimé en grammes par le même nombre que sa masse atomique.

Une mole de molécules, c'est la quantité de cette molécule exprimé en grammes par le même nombre que sa masse moléculaire.

1 mole d'atomes d'hydrogène

1 mole d'atomes de carbone

1 mole de molécules de NaOH

1 mole de molécules de H2SO4

= 6,02.1023 atomes d'hydrogène

= 1 gramme d'hydrogène

la masse est une grandeur physique. Elle représente la quantité de matière d'un corps. Elle n'est jamais négative. On mesure la masse d'un corps lors d'une pesée avec une balance. Il suffit de poser la masse à mesurer sur le plateau d'une balance et de la comparer avec une masse étalon de grandeur connue.

La masse

•

la masse d'un corps représente la quantité de matière de ce corps. Elle s'exprime en kilogramme [kg]

le poids d'un corps représente la force d'attraction (gravitation) exercée par la planète Terre sur ce corps. Elle s'exprime en Newton [N]. Une relation simple relie la masse et le poids:

Il faut se rappeler que l’essentiel de la masse d’un atome (99,9%) est concentrée dans son noyau. C’est là que se trouvent les particules les plus “massiques”: les nucléons (protons et neutrons).

noyau

Dans l’écriture courante, on symbolise l’hydrogène

La valeur de la masse atomique est arrondie à 1. En effet la valeur de la masse atomique (1,008) est une moyenne de la masse d’une population d’atomes: les différents isotopes.