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CTM03 - La quantité de matière

CTM 03 : La quantité de matière

I- De l’espèce chimique à l’entité chimique 1) Rappels et définitions nouvelles :

Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique. Une espèce chimique est constituée d’un nombre très élevé d’entités chimiques identiques à l’échelle microscopique Il existe plusieurs types d’entités chimiques :

Un atome est une entité chimique électriquement neutre. Exemples : cuivre Cu, Aluminium Al

Une molécule est une entité chimique électriquement neutre constituée de plusieurs atomes liés entre eux par des liaisons covalentes. Exemples : eau H2O, sucre C12H22O11

Un ion est une entité chimique porteuse d’une charge électrique. On distingue les anions (atome ou un groupement d'atomes ayant gagné un ou plusieurs électrons) et les cations (atome ou groupement d'atomes ayant perdu un ou plusieurs électrons).

Exemples : ion sulfate SO2–

4, ion sodium Na+

Un composé ionique est une entité chimique neutre composé de cations et d'anions. Exemples : sel (chlorure de sodium) NaCl, nitrate d'argent AgNO

Cf Exercice I-1 Cf TP01 Les ions en solutions et les composés ioniques solides

2) Masse d’un échantillon de matière et masse d’une entité Cf Exercice I-1

Application 1 : Le butane d’une cartouche pour réchaud a une masse m = 190×10-3 kg. Le butane est constitué de molécules de formule C4H10 et de masse mbutane = 9,67×10–26 kg Calculer le nombre de molécules de butane présentes dans cette cartouche.

II- Comment compter les entités chimiques ? 1) Une nouvelle grandeur mesurable : la quantité de matière

Les chimistes regroupent les entités par paquet. Chaque paquet contient toujours le nombre fixé d’entités chimique identiques. En chimie, ce "paquet" s'appelle une mole. Exemple :

Une ramette de papier A4 contient 500 feuilles A4

Une ramette de papier A3 contient 500 feuilles A3

On pourrait imaginer qu'une :

"ramette" de grains de riz contienne …… 500 grains de riz,

"ramette" de chaises contienne 500 chaises ….. Les masses de ces différentes ramettes ne sont pas les mêmes mais elles contiennent toujours le même nombre d'éléments. En chimie, c'est la même chose : une mole de différentes entités n'a pas la même masse mais chaque mole d’entités contient toujours le même nombre d'entités chimiques.

Définition légale de la mole : Une mole d'entités chimiques contient autant d'entités chimiques que d'atomes dans 12,0 g de carbone 12C c’est-à-dire 6,02.1023 entités chimiques. Définition à retenir : Une mole d’entités chimiques (atomes, molécules, composés ioniques ou ions ) contient 6,02.1023 entités chimiques (atomes, molécules, composés ioniques ou ions) 6,02.1023 est appelé le nombre d'Avogadro NA : NA = 6,02.1023 mol– 1

CTM03 - La quantité de matière

La quantité de matière est notée n, son unité de mesure est la mole (symbole : mol). Grandeur

notation

distance

d

durée

t

surface

S

masse

m

Quantité de matière

n Unité de mesure

dans le Système International mètre seconde mètre carré kilogramme mole

Symbole de l’unité de mesure m s m2 Kg mol

Nouvelle grandeur mesurable : quantité de matière et est notée n , l’unité de cette grandeur étant la mole (symbole: mol)

Application 2 :

Calculer la quantité de matière n(butane) contenue dans une cartouche de butane (reprendre le

résultat de l’application 1)

Exercices

Les ions et les éléments : 22, 23* page 62

Masse d'une molécule : 2* page 91

Nombre d'entité : 4*, 5 page 91

Quantité de matière : 6*, 7, 8 page 91

Exercices globaux : 1* page 90, 14*, 15* page 94

CTM03 - La quantité de matière

Correction exercices CTM 03 : La quantité de matière Commentaires en italique

Application 1 :

1 molécule de butane C4H10 9,67.10–26

kg

x molécules 190.10–3

kg

donc x = 1 x 190.10

–3

9,67.10–26 = 1,96.10

24 molécules de butane présentes dans la cartouche de gaz

(résultat avec 3 CS car 9,67.10–26 et 190.10–3 ont 3 CS et 1 n'est qu'un facteur)

A noter que 1,96.1024 molécules 2.106.109.109 molécules = 2 millions de milliards de milliards de molécules !

Application 2 :

1 mol de molécule de butane C4H10 6,02.1023

molécules

x mol 1,96.1024

molécules

donc x = 1 x 1,96.10

24

6,02.1023 = 3,26 mol de molécules de butane présentes dans la cartouche de gaz

23* page 62, 1*, 2*, 4*, 6*, 14*, 15* pages 90-91 : corrigés à la fin du livre

22 page 62

1) Les éléments qui ne correspondent pas à la définition de Berzelius sont MG ; na ; CO et f

2) Les corrections sont

Mg (remplace MG) : le magnésium

Na (remplace na) : le sodium

Co (remplace CO) : le cobalt CO existe mais c'est une molécule contenant du carbone C et de l'oxygène O (le monoxyde de carbone)

F (remplace f : le fluor

5 page 91

La masse d'eau m(H2O dans le verre) = 180,00 – 120,00 = 60,00 g (les masses sont précises à 0,01 g près donc le résultat est précis à 0,01g près)

1 molécule d'eau H2O 3,01.10–26

kg = 3,01.10–26

.103 g = 3,01.10

–23 g

x molécules 60,00 g = 60,00.10–3

kg

donc x = 1 x 60,00.10

–3

3,01.10–26 = 1,99.10

24 molécules d'eau dans le verre

à noter que l'on obtient le même résultat avec les masses en g : x = 1 x 60,00

3,01.10–23 = 1,99.1024 molécules d'eau dans le verre

7 page 91

1 mol de molécule de paracétamol 6,02.1023

molécules

6,6.10–3

mol N molécules donc N = 6,6.10

-3 x 6,02.10

23 = 3,97.10

21 molécules de paracétamol dans le comprimé

On peut généraliser et établir que N = n.NA avec N : nombre d'entités, n : quantité de matière (en mol) et NA : nombre d'Avogadro (6,02.1023 mol-1)

8 page 91

1) la masse d'une molécule de nicotine est la somme des atomes qui composent cette molécule m(C10H14N2) = 10.m(C) + 14.m(H) + 2.m(N) = 10x20,0.10

–27 + 14x1,67.10

–27 + 2x23,4.10

–27 = 2,70.10

–25 kg

2) 1 molécule de nicotine C10H14N2 2,70.10–25

kg = 2,70.10–25

.103 g = 2,70.10

–22 g

N molécules 2 mg = 2.10–3

g

donc N = 1 x 2.10

–3

2,70.10–22 = 7,4.10

18 molécules de nicotine dans un comprimé (2 CS minimum même quand il n'y en a 1)

3) 1 mol de molécule de nicotine 6,02.1023

molécules

n mol 7,4.1018

molécules

donc n = 1 x 7,4.10

18

6,02.1023 = 1,3.10

–5 mol de nicotine dans le chewing gum

On aurait pu utiliser N = n.NA Ainsi n(nicotine) = N(nicotine)

NA

= 7,4.1018

6,02.1023 = 1,3.10–5 mol de nicotine dans le chewing gum

Les 2 masses doivent avoir la même unité (soit g, soit kg)

Les 2 masses doivent

avoir la même unité