La mole : Comment compter facilement les espèces chimiques si petites et si nombreuses ?

Chapitre 1 : LA MOLE

Comment compter facilement les espèces chimiques si petites et si nombreuses ?

PLAN :

 I – Pourquoi les chimistes ont-ils inventé la mole ?

II- La mole est-elle utile avec les gaz ?

III – La mole est-elle utile avec les solutions ?

IV – Comment déterminer la concentration d’une solution colorée ?

I – Pourquoi les chimistes ont-ils inventé la mole ?

Vidéo « Qu'est-ce qu'une mole ? » : http://www.youtube.com/watch?v=juTjSKd8v0I

I. A – Etude des atomes

1. Déterminer le nombre d'atomes contenus dans un échantillon de fer

On dispose d’un échantillon de poudre de fer de masse m() = 2,00 g.[pic 1]

Données : masse d'un nucléon mnucléon = 1,672.10-27 kg 

La masse d’un atome est égale à la masse de son noyau soit la somme des masses de ses nucléons.

1- Calculer la masse d’un atome de fer Fe

m(atome Fe) = A x mnucléon = 56 x 1,672.10-27 kg = 9,36.10-26 kg

2- En déduire le nombre d’atomes N de fer contenus dans les 2,00 g d’échantillon pesé.

N = m(Fe) / m(atome Fe) = 2,00.10-3/ 9,36.10-26 = 2,14.1022 atomes de fer contenus dans 2,00 g de fer

3- Quelle remarque pouvez-vous faire ?

Il y a énormément d'atomes de fer dans 2,00 g de poudre de fer. Les chimistes préfèrent manipuler des valeurs plus petites pour évaluer la quantité de matière d'un échantillon. C'est pour cela qu'ils ont défini une nouvelle unité : la mole.

1. Définition de la mole

[pic 2]

La mole est l'unité de la quantité de matière.

Historiquement, une mole contient autant d'entités qu'il y a d'atomes dans 12,0 g de carbone 12 soit 6,02.1023 entités.

Le nombre d'entités contenu dans une mole vaut 6,02.1023 

Cette valeur est appelée la constante d'Avogadro Na = 6,02.1023 mol-1

1. Nombre d'entités et quantité de matière

Compléter le tableau de proportionnalité suivant :

En déduire une relation mathématique reliant n, N et Na

                                          n (mol) : quantité de matière ou nombre de moles

                                 N : nombre d'entités (sans unité)[pic 3]

N = n x Na                                 Na = 6,02.1023 mol-1     c'est la constante d'Avogadro

1. Déterminer la quantité de matière contenue dans un échantillon de fer

Calculer la quantité de matière, soit le nombre de moles, contenue dans 2,00 g de fer.

D'après la question 2 :                 N = 2,14.1022 atomes de fer contenus dans 2,00 g de fer

  = 2,14.1022 / 6,02.1023 = 0,0355 mol d'atomes de fer dans 2,00 g de fer[pic 4]

1. La masse molaire atomique

Ayant déjà calculer la masse d'un atome de fer, calculer maintenant la masse d'une mole d'atomes de fer. D’après la question 1, la masse d'un atome de fer est        

m(atome Fe) = 9,36.10-26 kg

La masse d'une mole d'atomes de fer, soit de Na = 6,02.1023 atomes de fer, est donc

M(Fe) = Na x m(atome fer) = 6,02.1023 x 9,36.10-26 = 0,056 kg = 56 g

Comparer cette valeur avec celle donnée dans le tableau périodique.

Dans le tableau périodique on trouve M(Fe) = 55.8 g/mol. Les 2 valeurs sont similaires.

Proposer une définition pour la masse molaire atomique.

La masse molaire des atomes M (en g.mol-1) est la masse d'une mole d'atomes. On trouve sa valeur dans la classification périodique.

Exemple :

[pic 5]

Défi 1 :

[pic 6]

[pic 7]

1. Masse molaire et quantité de matière

Connaissant la masse d'une mole d'atomes de fer, quelle est la masse de n = 2 moles d'atomes de fer ?

m = 2 x M(Fe) = 2 x 56 = 112 g

Écrire une relation mathématique reliant la masse m, la masse molaire M et le nombre de moles n.

                            m(g) : masse

m = n x M                 n (mol) : quantité de matière

                           M(g/mol) : masse molaire

Compléter le tableau suivant :

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