Constitution et Transformation de la matière

BO : Thème 1 – Constitution et Transformation de la matière

Chapitre C05 – Mole et Quantités de matière

Objectifs C05 :

• Définir une espèce chimique comme collection d’un nombre très élevé d’entités identiques.
• Déterminer la masse d’une entité à partir de sa formule brute et de la masse des atomes qui la composent.
• Déterminer le nombre d’entités et la quantité de matière (en mol) d’une espèce dans une masse d’échantillon.

I – Masse & Formule brute d’une entité chimique

La formule brute est l’écriture la plus compacte d’une entité, indiquant la nature et le nombre d’atome.

• Pour un atome, c’est son symbole chimique (Majuscule ou Majuscule et minuscule)

Oxygène : O ; Carbone : C, Fer : Fe ; Zinc : Zn, etc…

• Pour une molécule, ce sont les symboles chimiques des atomes la constituant.

Eau : H2O (2 hydrogène, 1 oxygène) ; CO2 ; CH4 ; C3H7NO ; etc ….

1. Masse d’un atome et/ou de son ion.

La masse d’un atome ou de l’ion monoatomique correspondant est pratiquement égale à celle de leur noyau : matome ≈  mion= A x mn (A : nombre de masse ou nombre de nucléons et mn masse d’un nucléon)

Exemple : Fer (Fe ; Z = 26, A = 56)

                mFe = 56 x mnucléon = 56 x 1,67.10-27 kg = 9,35.10-26 kg

1. Masse d’une molécule

La masse d’une molécule est égale à la somme des masses des atomes qui la constituent. Mmolécule = Σmatomes constitutifs

Exemple : Ethanol : C3H6O

                méthanol = 3 x mC + 6 x mH + 1 x mO = 3 x 1,99.10-26 + 6 x 1,67.10-27 + 1 x 2,66.10-26

                méthanol = 9,63.10-26 kg

NB : les informations seront données pour les calculs de masse des atomes et/ou des molécules.

1. Nombre d’entités chimiques

Une espèce chimique, à l’échelle microscopique, est formée d’un nombre considérable d’entités chimiques identiques. Le chimiste, connaissant la masse m d’un échantillon d’une espèce et celle de mentité de l’entité, on détermine par proportionnalité le nombre N d’entités : [pic 1]

Exemple : Le butane d’une cartouche de masse m = 190 x 10-3 kg pour réchaud est constitué de molécules C4H10 de masse mbutane = 9,67 x 10-26 kg

Déterminez le nombre d’entités N : N = m/mentité = 190 x 10-3 / 9,67 x 10-26 = 1,96 x 1024 molécules de butane.

II – La mole pour compter la matière

1. Unité de quantité de matière : la mole

À l’échelle microscopique, le nombre d’entité est tel qu’il a fallu trouver un système permettant de compter ces entités d’une façon plus adéquates, avec des valeurs plus « simples ». L’ensemble des entités à dénombrer est la quantité de matière présente dans un échantillon. Les chimistes ont décidé de regrouper les entités (N) par « paquets ». Chaque paquet est appelée mole et la quantité de matière se mesure donc en mole. La mole, symbole « mol », est une unité du Système International (SI) qui permet d’exprimer la quantité de matière. Elle permet de regrouper un très grand nombre d’entités identiques.

1. Constante d’Avogadro

Le nombre d’entité maximale que l’on peut mettre dans une mole est une constante appelée Constante d’Avogadro (scientifique Italien Amédéo Avogadro). La mole est définie grâce au nombre d’Avogadro Na = 6.022 104 76 x 1023 mol-1.

Une mole d’entités chimiques contient 6.02 x 1023 entités chimiques identiques.

1. Relation entre la quantité de matière et le nombre d’entités :

La quantité de matière (n) d’un échantillon et le nombre N d’entités chimiques sont liés par la relation de proportionnalité : N = 6.02 x 1023 x n ou :  (N sans unité et n en mol)[pic 2]

Exemple du butane : Calculez la quantité de matière du butane sachant qu’une cartouche de butane contient 1.96 x 1024 molécules de butane. n = N/6.02x1023 = 1.96 x 1024 / 6.02 x 1023 = 3.26 mol

Chapitre C03 – L’atome : noyau et cortège électronique

Objectifs C03 :

• Etablir l’écriture conventionnelle d’un noyau à partir de sa composition et inversement
• Comparer la taille et la masse d’un atome et de son noyau
• Déterminer les électrons de valence d’un atome Z  18[pic 3]
• Déterminer la position de l’élément dans le tableau périodique à partir de la configuration électronique de l’atome et inversement.
• Associer la notion de famille chimique à l’existence de propriétés communes et identifier la famille des gaz nobles.

I – Structure de l’atome

Un atome est une entité chimique qui est constituée d’un noyau central autour duquel se déplacent un ou plusieurs électrons.

1. Le noyau atomique

Un noyau est composé de particules appelées nucléons parmi eux on y retrouve les protons et les neutrons.

Sa composition est donnée par l’écriture conventionnelle : [pic 4]

A (nucléons) = Z (protons) + N (neutrons) donc le nombre N de neutrons contenus dans un noyau se déduit par la relation N = A – Z.

...