Concentrations et quantités de matière

I- Mole et concentration molaire

1) Une mesure du nombre d'atomes
Jusqu'à présent, on assimile la "quantité" d'un produit en fonction de la mesure de son volume ("je prends 1,5L de soda") ou de sa masse ("Je prends 800g de champignons").
Pour les objets dénombrables, il est aussi possible d'en indiquer directement le nombre ("Je prends 3 croissants").
En chimie, s'il est relativement facile de prendre un volume ou une masse de substance donnée, on imagine qu'il est difficile de prendre un certain nombre d'atomes, car ceux-ci sont extrêmement petits et il est impossible de les compter un à un !
Il ne faut pas oublier que les Sciences Physiques ne fonctionnent jamais avec des mesures exactes, et qu'une connaissance approximative du nombre suffit. C'était le but du TP n°14 que vous pouvez consulter ici (et son corrigé est ).

Amadeo Avogadro est le premier à avoir tenté d'évaluer le nombre d'atomes présents dans une quantité de matière donnée.
La constante d'Avogadro NA est le nombre d'atomes de carbone 12 (12C) contenus dans 12 grammes de carbone 12.

NA = 6,02 x 1023 mol-1

Une mole d'objets est un "paquet" contenant 6,02 x 1023 objets.
A partir de maintenant, une quantité de matière s'exprimera en moles.

2) Une nouvelle concentration
La concentration molaire d'une substace est donc la quantité de matière d'un soluté dissout contenu dans un volume V de solution :

c=nV

  -n en moles (mol)
-V en litres (L)
-c en moles par litre (mol.L-1)

II- Détermination d'une quantité de matière

1) Une mesure du nombre d'atomes

On prélève __×10__ atomes de __.
Cela représente ×10mol.
  1. Masse molaire atomique
    La masse molaire atomique d'un atome est la masse d'une mole de cet atome pris à l'état naturel.
    Elle est notée M et s'exprime en gramme par mole (g.mol-1).

    Compte tenu de la façon dont la mole a été définie, il se trouve que la masse molaire d'un élément est approximativement égale au nombre de nucléons (protons+neutrons) qu'il contient.
    Le nombre de masse indiqué dans le tableau de classification de votre livre représente ce nombre de nucléons, en prenant en compte que pour certains éléments (comme le cuivre MCu=63,5g.mol-1 ou le chlore MCl=35,5g.mol-1) existent sous plusieurs formes isotopiques. Leur masse molaire atomique est donc une moyenne prenant en compte l'importance de chaque isotope

  2. Masse molaire moléculaire
    La Masse molaire moléculaire d'une molécule correspond à la masse d'une mole de cette molécule.
    Elle se calcule en faisant la somme des masses molaires atomiques des atomes qui composent cette molécule.

    Exemple :La molécule de saccharose C12H22O11
    MC12H22O11 = 12×MC + 22×MH + 11×MO = 12×12+22×1+11×16 =342g.mol-1

    __ a pour formule brute __.
    Sa masse molaire vaut donc M = g.mol-1.
  3. Masse d'un échantillon et quantité de matière
    La masse m et la quantité de matière n d'un échantillon contenant une seule substance de masse molaire M se déduisent l'une de l'autre par les relations :
    m=n×M et n=mM   -n en moles (mol)
    -m en grammes (g)
    -M en grammes par mole (g.mol-1)
    __ __ a pour formule brute __ et pour masse molaire M__ = __g.mol-1.
    __g de __ contient donc ×10 mol de __.

    __ __ a pour formule brute __ et pour masse molaire M__ = __g.mol-1.
    __×10__mol de __ a donc une masse de ×10 g.

    Application :
    1- Déterminer la quantité de matière de saccharose (C12H22O11) contenue dans un sucre de 3g.
    nsaccharose=msaccharoseMsaccharose=3342=8,77×10-3mol
    2- Calculer la masse de sucre en poudre à peser pour prélever 0,15 mol de saccharose.
    msaccharose=nsaccharose×Msaccharose=0,15×342=51,3g

  4. Concentration massique et molaire
    La concentration massique cm et la concentration molaire c d'une solution sont reliées par les relations :
    cm=c×M et c=cmM   -cm en grammes par litre (g.L-1)
    -c en moles par litre (mol.L-1)
    -M en grammes par mole (g.mol-1)

    On dissout une quantité n=__×10__mol de __, de formule brute __ dans un volume de __ml d'eau.
    La solution obtenue aura une concentration c=×10mol.L-1.

    Quel volume d'une solution de __ de concentration c=__×10__mol.L-1 doit-on prélever pour avoir une quantité n=__×10__mol de __ ?
    Il est nécessaire de prélever un volume V=mL.
  5. Dilution et concentration
    Lors d'une dilution la quantité de matière de soluté ne change pas. Cela nous permet donc d'écrire : c1×V1=c2×V2 ou encore s'il s'agit de déterminer la concentration finale : c1×V1V2=c2

    On dispose dans le laboratoire d'une solution S0 de __, de concentration C0=__×10__mol.L-1.
    Quel volume V0 de cette solution faudrait-il prélever pour préparer un volume V1=__mL d'une solution S1 de concentration C1=__×10__mol.L-1 ?
    Il est nécessaire de prélever un volume V0=mL.