Grandeurs physiques liées à la quantité de matière 1BAC

Fiche de cours

Introduction :

En Chimie, les échantillons de matière avec lesquels on travaille sont évalués à partir de leur masse ou de leur volume. Ces mesures se font à notre échelle (l’échelle humaine) c’est-à-dire l’échelle macroscopique.
L’étude des atomes, des molécules et des ions, par contre se fait à l’échelle de l’infiniment petit, appelée échelle microscopique.

→ COMMENT DÉTERMINER UNE QUANTITÉ DE MATIERE ?
→ L’EQUATION DES GAZ PARFAIT
→ LES DIFFERENTS GRANDEURS RELIANTS A LA QUANTITE DE MATIERE
→ LA QUANTITÉ DE MATIÈRE D’UN SOLUTÉ MOLÉCULAIRE EN SOLUTION

Comment déterminer une quantité de matière:

Rappel

La quantité de matière est le nombre d’entité élémentaires dans un échantillon donné, par exemple :
√ Le nombre de molécules d’ions, d’atomes, mais toutes identiques dans cet échantillon, on la note $n$.
√ la mole est l’unité de la quantité de la matière (mol), 1 mol correspond à $$\mathrm{N}_{\mathrm{A}}=6,02 \times 10^{23}$$ particules (Nombre d’Avogadro).
√ Le nombre $N$ d’atome, de molécules ou d’ions contenus dans un échantillon est proportionnel à la quantité de la matière correspondante, d’où la relation:

$n=\frac{N}{N_{A}} \Rightarrow\left\{\begin{array}{c}\boldsymbol{n}: \text { la quantité de matiére en mol } \\ N: \text { le nombre des particules } \\ \text { Na: le nombre d'Avogadro }\end{array}\right.$

Masse molaire et quantité de matière

تعريف

La masse m(x) d’un échantillon d’une espèce chimique X et sa quantité de matière n(x) sont reliées par la relation suivante :

$$n(X)=\frac{m(X)}{M(X)}$$ Tel que M(x)est la masse molaire de l’espèce chimique X en g/mol

généralités

⇒ La masse molaire atomique d’un élément chimique x est la masse d’une mole d’atome de cet élément chimique.
⇒ Le symbole de la masse molaire atomique d’un élément chimique x est M(x) son unité est le gramme par mole noté par (𝑔 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝑜𝑢 $$\text { g. } \mathrm{mol}^{-1}$$).

تطبيق

Avec une balance électronique, on mesure successivement la masse $$\mathrm{m}_{1}$$ d’un échantillon d’eau et $$\mathrm{m}_{2}$$ d’un échantillon de fer, on trouve $$\mathrm{m}_{1}$$=$$\mathrm{m}_{2}$$=100g.
1- calculer la masse molaire ($$\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$) des molécules d’eau.
2- calculer les quantités de la matière contenues dans chaque échantillon.
Données M(H)=1g/mol, M(O)=16g/mol et M(Fe)=56g/mol

Principe

La quantité de matière d’un solide, liquide ou gaz se note « n ». C’est une grandeur physique (car mesurable) qui s’exprime en mole de symbole « mol »
La masse molaire atomique d’un élément chimique est la masse d’une mole d’atomes de cet élément chimique. L’unité est le gramme par mole, notée $$\text { g. } \mathrm{mol}^{-1}$$.
La masse molaire moléculaire est égale à la somme des masses molaires atomiques des éléments chimiques constituant la molécule. L’unité est toujours le gramme par mole, notée $$\text { g. } \mathrm{mol}^{-1}$$.

volume et quantité de matière:

تعريف

La masse volumique d’un corps est égale au quotient de sa masse m par son volume V.
Son unité usuelle est g/ml ou Kg/m dans SI.
$$1 m^{3}=1000 L$$ Pour une espèce chimique X, on a :

$m(X)=\rho(X) \times V(X)$ et $n(X)=\frac{m(X)}{M(X)}$
d'où $\quad n(X)=\frac{\rho(X) \times V(X)}{M(X)}$

انتباه

n en mol, $$\boldsymbol{\rho}$$ (masse volumique) en $$\text { g. } m L^{-1}$$, V (volume) en ml et M en $$\text { g. } \mathrm{mol}^{-1}$$

$$1,0 \mathrm{~cm}^{3}=1,0 \mathrm{ml} \text { Et } 1,0 \text { g.cm }^{-3}=1,0 \text { g.mL }^{-1}$$
Evidemment, cette formule se « redémontre »!

$$n=\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{M}}$$

$$\boldsymbol{\rho}=\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{v}}$$

donc

$$m=\boldsymbol{\rho} \times V$$

On réinjecte ensuite l’expression de « m » dans la première formule : $$\mathrm{n}=\frac{\boldsymbol{\rho} \times \mathrm{V}}{\mathrm{M}}$$

تطبيق

Lors de la synthèse de l’acétate de benzyle, on utilise un volume V=20ml d’alcool benzylique de densité par rapport à l’eau d=1,04 et de masse molaire M=108,14g/mol. La masse volumique de l’eau est $$10^{3}$$
Quelle est à quantité de matière d’alcool benzylique utilisée ?

Réponse

On a:

$$d=\frac{\rho}{\rho e a u}=\frac{\frac{m}{v}}{\rho e a u}$$

Alors :

$$\mathrm{m}=\mathrm{d} \times \mathrm{v} \times \rho_{\text {eau }}$$ $$

Application numérique:

$$m=1,04 \times 20 \times 1=20,8 \mathrm{~g}$$

Alors la quantité de matière est:

$$n(a l)=\frac{m}{M}=\frac{20,8}{108,14}=0,192 \mathrm{~mol}$$