La quantité de matière – Mole – 2nd GT

1-  Constitution de la matière

A-  À l’échelle microscopique

• L’existence des atomes est confirmée depuis le début du XX^e siècle.
• À l’échelle microscopique, différents types de structures chimiques s’appuient sur la notion d’atome :
  ❯ la structure atomique (exemple : le fer Fe) ;
  ❯ la structure moléculaire (exemple : le saccharose C₁₂​H_22​O₁₁​) ;
  ❯ la structure ionique avec des ions positifs, les cations, et des ions négatifs, les anions (exemple : Na⁺ et Cl⁻ dans une eau salée).

B- À l’échelle macroscopique

• La masse d’une entité chimique est en général de l’ordre de 10^-26 kg.
• On compte des milliards de milliards d’entités chimiques dans le moindre échantillon de matière.
• Ce qui définit une espèce chimique au niveau macroscopique dépend intrinsèquement de l’entité microscopique qui la compose.

C- Cas particulier des composés ioniques

• Plusieurs espèces chimiques mélangées peuvent former deux types de mélanges : un mélange homogène ou hétérogène.
• Les composés ioniques sont des corps constitués d’ions liés entre eux par des interactions électrostatiques. Mis en solution dans l’eau, les cations et les anions se dissocient.
• L’électroneutralité est vérifiée en permanence, ce qui signifie qu’un composé ionique apporte en solution autant de charges positives que de charges

2- La quantité de matière

A- Détermination de la masse d’une entité

• La masse des molécules est égale à la somme des masses des atomes les constituant.
• Pour les ions polyatomiques, leur masse est la somme des masses des atomes les constituant.

B- Nombre d’entités et quantité de matière

• La masse de l’échantillon m_éch​ et le nombre N d’entités chimiques qu’il contient sont proportionnels et liés par la relation : N=m _éch / m ​​ avec m la masse d’une entité.
  
• N étant une valeur élevée, on range ces entités dans des « boîtes » appelées moles en chimie.
• La quantité de matière s’exprime en mole (symbole : mol).

3- Calculer une quantité de matière à partir d’un nombre d’entités chimiques

La quantité de matière peut être calculée à partir du nombre d’entités chimiques grâce à la relation suivante:
n =         N / 6,02.10²³
où:

• N est le nombre d’entités chimiques
• n est la quantité de matière (en mol)

D’après cette relation il suffit de diviser le nombre d’entités chimiques par 6,02.10²³ (nombre correspondant à une mole d’entités chimiques) pour obtenir la quantité de matière correspondante.

Exemples:

Un gaz contient 1,806 .10²⁴ atomes de néons, le nombre d’entités chimiques est donc N = 1,806 .10²⁴

Calcul de la quantité de matière:

n =       N / 6,02.10²³
n =   1,806 .10²⁴ / 6,02.10²³
n = 3,00 mol

Un liquide contient 2,56 .10²⁴ molécules d’eau soit un nombre d’entités chimiques N = 2,56 .10²⁴ molécules.
Calcul de la quantité de matière:

n =     N  / 6,02.10²³
n =  2,56 .10²⁴ / 6,02.10²³
n = 4,25 mol

4- Calculer un nombre d’entités chimiques à partir d’une quantité de matière

La relation précédente peut être modifiée pour exprimer un nombre d’entités chimiques:

N = n x 6,02.10²³

où:

• N est le nombre d’entités chimiques
• n est la quantité de matière (en mol)

D’après cette relation il suffit de multiplier la quantité de matière par 6,02.10²³ pour obtenir le nombre d’entités chimiques.

Exemple
Si un échantillon comporte une quantité de matière n = 4,82 mol alors la quantité de matière est:
N = n x 6,02.10²³
N = 4,82 x 6,02.10²³
N = 2,90.10²⁴ entités chimiques