Mesure en chimie/Grandeurs physiques et quantité de matière
Quantité de matière
modifierDéfinitions
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Constante d'Avogadro
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NA = 6,02.1023 mol⁻¹ |
Différentes expressions d'une quantité de matière
modifierMasse molaire
modifierDéfinition
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Remarque : 3517Cl = 35 g/mol : Le nombre de masse A d'un atome donne le nombre de nucléons du noyau mais aussi la masse molaire de l'atome en g/mol. Comme il y a différents isotopes, on a par exemple MCl = 35,5 g mol−1
Masse molaire moléculaire
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Remarque : Elle se calcule à partir de la formule des masses molaires des éléments qui la constituent.
- MNaCl = MNa + MCl = 23 × 1 + 35,5 × 1 = 58,5 g mol−1
- MCH₄ = 4MH + MC = 1 × 4 + 12 × 1 = 16 g mol−1
Masse molaire des ions
modifierLes ions monoatomiques : masse molaire de l'élément. Les ions polyatomiques : comme pour les molécules.
- MNO₃³⁻ = MN + 3MO = 1 × 14 + 3 × 16 = 62 g mol−1
- MSO₄²⁻ = MS + 4MO = 1 × 32 + 4 × 16 = 96 g mol−1
Détermination d'une quantité de matière par pesée
modifierSoit une espèce chimique de masse molaire M dont on pèse une masse m, la quantité de matière n est :
avec :
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Données : Masses molaires en g/mol : M(H) = 1 ; M(Cu) = 63.5 ; M(O) = 16
nCu = mCu/MCu = 5000/63.5 = 78,74 mol
nH₂O = mH₂O/MH₂O = 2000/18 = 111,11 mol
Détermination d'une quantité de matière par volume
modifierPour exprimer la quantité de matière à partir d'un volume d'un liquide, il faut utiliser une autre grandeur appelée masse volumique. La masse volumique ρ d'un liquide est la masse de l'unité de volume de ce liquide :
=ρ avec :
ou
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À partir des relations suivantes :
- ρ
on en déduit la relation qui détermine la quantité de matière d'un volume :
ρ avec :
|
Cas particulier des gaz
modifierPour les gaz, on mesure plutôt des volumes. Le volume dépend des Conditions de Température et de Pression. On définit le Volume Molaire d'un gaz Vm (Volume occupé par une mole de gaz dans des conditions de température et de pression données).
On définit les CNTP (Condition Normale de Température et de Pression):
- θ₀ = 0 °C ⇒ T₀ = 273,15 K
- P₀ = 1 atmosphère = 760 mm Hg = 101 325 Pa
dans ces conditions V₀ = 22,414 L.mol⁻¹ ~ 22,4 L.mol⁻¹
- P = pression du gaz en Pa
- V = volume en m3
- n = quantité de matière en mol
- T = température absolue en K (Kelvins)
- R = 8.314 SI (si les unités utilisées sont celles ci-dessus)
Remarque concernant la constante des gaz parfaits R :
Cette constante dépend des unités de température et de pression. Par ailleurs, la valeur R n'a pas besoin d’être connu puisqu'elle s'appuie toujours sur la fait qu'une mole de gaz dans les CNTP occupe un volume de 22,4 L.
R= (P₀V₀)/(nT₀) = (1 × 22,4.10 ⁻³)/(1 × 273,15) = 8,2.10-5
Donc la constante R vaut : R = 8,2.10-5 atm.m³.mol-1.K⁻¹
Formules donnant une quantité de matière d'un gaz
modifierLe volume molaire Vm d'un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz dans les conditions données. La quantité de matière présente dans un volume V de gaz est :
avec :
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Calculer la quantité de matière du dihydrogène
Étape no 1 : Rassembler toutes les données nécessaire au calcul:
P₀ = 76 cm Hg
T₀ =273,15 K
V₀ = 22.4 L.mol⁻¹ .
V = 85 mL
P = 78 cm Hg
θ = 24,5 °C ⇔ 297,65 K
Étape no 2 : Écrire la relation :
PV = nRT ⇔ n = PV/RT
or dans les CNTP, on a R =(P₀V₀/T₀)
donc :
n = PV/RT = (P × V × T₀)/(P₀ × V₀ × T)
Étape no 3 : Calcul:
n = (P × V × T₀)/(P₀ × V₀ × T)= (78 × 85.10⁻³ × 273,15)/(76 × 22,4 × 297,65) n = 3,7.10⁻³mol
À partir de la concentration molaire
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n =CV avec :
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Calculer la concentration molaire de la solution
Données : Masse molaire (en g/mol) : MCl = 35,5 et MCa = 40
Étape no 1 : Rassembler toutes les données nécessaire au calcul:
Il est préférable de mettre tout de suite les bonnes unités
MCl = 35,5 g/mol
MCa = 40 g/mol
donc MCaCl₂ = 40 + 2 × 35.5 = 111 g/mol
m = 0,150 g
V = 8,575 L
Étape no 2 : Écrire la relation :
C = n/V
Or n = m/M
donc on a
C = m/(VM)
Étape no 3 : Calcul:
C = m/(VM) = 15/(111 × 8,575) =1,52.10⁻4 mol/L