I. Situation d’apprentissage
Au laboratoire, on travaille avec des quantités très grandes de particules (atomes, ions, molécules). Compter particule par particule est impossible. Les chimistes utilisent donc une « unité paquet » : la mole. Cette leçon introduit la quantité de matière et les principales grandeurs molaires.
II. Quantité de matière et mole
1. Définition
La quantité de matière d’une espèce chimique, notée n, se mesure en mole (mol).
Une mole d’entités (atomes, ions, molécules) contient NA = 6,02 × 10²³ entités. C’est le nombre d’Avogadro.
2. Relation avec le nombre de particules
Si un échantillon contient N entités d’une espèce, la quantité de matière est :
n = N / NA
III. Masse molaire et relation n, m, M
1. Masse molaire
La masse molaire M d’une espèce chimique est la masse d’une mole de cette espèce. Elle s’exprime en g·mol⁻¹.
Exemples :
- M(H₂O) ≈ 18,0 g·mol⁻¹ ;
- M(CO₂) ≈ 44,0 g·mol⁻¹ ;
- M(NaCl) ≈ 58,5 g·mol⁻¹.
2. Relation n, m, M
Pour un échantillon de masse m d’une espèce de masse molaire M :
n = m / M
avec :
- n en mol ;
- m en g ;
- M en g·mol⁻¹.
IV. Volume molaire gazeux
À pression et température données (par exemple conditions usuelles ou normales), une mole d’un gaz parfait occupe un volume pratiquement constant appelé volume molaire gazeux, noté Vm.
- À 0 °C et 1 atm, on admet souvent : Vm ≈ 22,4 L·mol⁻¹.
Pour un gaz parfait, si on connaît le volume V (en L) occupé et Vm, la quantité de matière vaut :
n = V / Vm
V. Grandeurs molaires en solution
1. Concentration molaire en soluté apporté
La concentration molaire (ou concentration en quantité de matière) d’une espèce en solution est :
C = n / V
avec C en mol·L⁻¹, n en mol, V en L.
2. Relations pratiques
- C = n / V et n = C × V ;
- si n = m / M, alors C = m / (M × V).
VI. Applications et exercices types
1. Calcul de quantité de matière
- À partir d’une masse m et de la masse molaire M (donnée par le tableau périodique), calculer n : n = m / M.
- À partir d’un volume de gaz parfait V et de Vm, calculer n : n = V / Vm.
2. Calcul de concentration molaire
- Pour une solution préparée par dissolution d’une masse m de soluté dans un volume V de solution, déterminer n puis C.
- Exercices de type : « On dissout 5,0 g de NaCl (M = 58,5 g·mol⁻¹) dans 0,50 L d’eau. Calculer C ».
VII. À retenir
✔ La mole est une unité de quantité de matière : 1 mol contient NA = 6,02 × 10²³ entités.
✔ La quantité de matière n est reliée à la masse m par n = m / M.
✔ Pour un gaz parfait, n = V / Vm (dans des conditions données).
✔ La concentration molaire C d’une solution vérifie C = n / V.
Créé par Haniel_dev