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Les quantités molaires
Lors de notre préparation pour la grande fête (le 4 janvier, l’anniversaire de Newton, évidemment), on achète nos chouquettes chez les deux grands pâtissiers du quartier : Louis Lorge, et Léo Lafarine. On constate que les chouquettes de Lafarine n’ont ni la même masse ni la même taille de celles de Lorge (quel scandale) ! Donc une douzaine de chouquettes de Lafarine n’aura pas non plus la même masse que la douzaine de Lorge (ni la même taille).
La situation est identique pour les entités élémentaires : les différentes particules ont des masses différentes, et par conséquent, la masse d’une mole d’un atome diffère de la masse d’une mole d’un autre type d’atome. Ceci nécessite l’introduction des grandeurs dites molaire.
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Masse molaire
Définition : masse molaire
La masse molaire d’une espèce chimique est la masse d’une mole d’entités de cette espèce.
Elle est notée M, et elle s’exprime en \; g\cdot mol^{-1}
(gramme par mole).
A partir de cette notion on peut définir deux types de masses molaires :
Masse molaire atomique
Masse molaire moléculaire
Définition : Masse molaire atomique
La masse d’une mole d’atome à l’état naturel, c’est-à-dire compte tenu
de tous ses isotopes, et de leur abondance relative.
Il existe une relation entre la quantité de matière n et la masse
molaire M :
n = \dfrac{m}{M} \quad \text{où } \quad
\begin{cases}
m \longrightarrow\text{la masse de l'échantillon \quad (g)} \\
n \longrightarrow\text{quantité de matière} \quad (mol)\\
M \longrightarrow\text{masse molaire} \quad (\; g\cdot mol^{-1})
\end{cases} Les masses atomiques de la classification des éléments sont en fait leur masse molaire. Donc la masse molaire d’hydrogène est 1 gramme par mole : c’est-à-dire, une mole d’hydrogène 6,023\cdot 10^{23} atomes d’hydrogène) a une masse de 1 gramme.
\triangleright Dans l’état naturel, un
échantillon de chlore contient les deux isotopes principaux de chlore
dans les proportions suivantes : 76\% de et 24\% de .
Données :
\begin{cases} m(C\ell-35 ) = 5,807^-23 g\\ m(C\ell-37 ) = 6,138^-23 g\end{cases}Définition : Masse molaire moléculaire
La masse d’une mole d’une molécule. Elle s’établit en effectuant la somme des masses molaires atomiques de chacun des atomes qui constituent la molécule.
\triangleright Calculer la masse molaire de H_2O.
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Volume molaire
Pour les solides et les liquides, une même quantité de matière d’espèces chimiques différentes ne présente ni le même volume ni la même masse.
Le cas des gaz est différent. Le comportement de matière dans l’état gazeux est donné par la loi d’Avogadro-Ampère .
Définition : Volume molaire
A température et pression données, le volume occupé par une mole de gaz est indépendant de la nature du gaz.
Ce volume est appelé volume molaire((= molar volume)). On le note V_m , et il s’exprime en L\cdot mol^{-1}.
la quantité de matière d’un gaz est donnée par la relation suivante :
n = \dfrac{V}{V_M} \quad \text{où } \hspace{10pt} \begin{cases} V \longrightarrow\text{la Volume du gaz parfait \quad (L)} \\ n \longrightarrow\text{quantité de matière} \quad (mol)\\ V_M \longrightarrow\text{Volume molaire} \quad (L\cdot mol^{-1}) \end{cases}
Un gaz à une température ambiante (20\degree) à la pression atmosphériques (1013\; hPa) a un volume molaire de V_M=24,0 L\cdot mol^{-1}.
Le volume molaire d’un gaz dépend de la température et de la pression du gaz considéré. L’évolution du volume molaire en fonction de la température :
\triangleright
Calculer la quantité de matière contenue dans un volume V=1,00 \; L de vapeur d’eau à 20 \degree C à la pression atmosphérique.
Calculer la quantité de matière contenu dans un volume V=1,00\; L de vapeur d’eau à 500 \degree C à la pression atmosphérique.
Calculer le volume de n=3,58\; mol de vapeur d’eauà 20\degree C à la pression atmosphérique, en L et en mL.
