La mole

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Classe(s) : 2de | Thème(s) : La matière à l'échelle microscopique


À notre échelle, qualifiée de macroscopique, les échantillons de matière renferment un nombre gigantesque d’entités chimiques microscopiques (atomes, molécules ou ions). Il est nécessaire de définir une unité, la mole, pour dénombrer les entités chimiques à cette échelle.

I La mole, unité de quantité de matière

Pour mesurer les quantités de matière, les scientifiques ont choisi de regrouper les atomes, les molécules ou les ions par « paquets ». Chaque paquet est appelé mole. Une mole (symbole : mol) d’un corps pur contient 6,02 × 1023 entités chimiques (atomes, molécules ou ions) toutes identiques.

Exemples :

• Une mole de fer contient 6,02 × 1023 atomes de fer Fe.

• Une mole de glucose renferme 6,02 × 1023 molécules de glucose de formule brute C6H12O6.

La constante d’Avogadro est le nombre d’entités chimiques (atomes, molécules ou ions) contenues dans une mole :

NA = 6,02 × 1023 mol–1

Le chimiste passe ainsi du niveau microscopique (atome molécule et ion), dans lequel il ne peut effectuer aucune mesure, au niveau macroscopique (mole d’atomes, de molécules et d’ions), dans lequel il peut mesurer les masses et les volumes correspondants.

II Quantité de matière ou nombre de moles

La quantité de matière d’une espèce chimique représente le nombre de moles contenues dans un échantillon de cette espèce. Elle est notée n et s’exprime en mol.

Un échantillon d’un corps pur, constitué de N entités chimiques toutes identiques, contient la quantité de matière n exprimée par la relation :

À noter

La masse d’une molécule est égale à la somme des masses des atomes qui constituent cette molécule.

n=NNA ou N = n × NA

n en moles (mol)

N sans unité

NA constante d’Avogadro en mol–1

La quantité de matière contenue dans une masse m d’échantillon peut être déterminée en connaissant la masse de l’entité (atome, ion ou molécule) :

N=méchantillonmentitéd’oùn=NNA=méchantillonNA×mentité

Méthode

1 Déterminer une quantité de matière à partir d’une masse

On dispose de 30,1 g de carbone et 45,3 g d’eau. Quelle est la quantité de matière de carbone et d’eau dans ces échantillons ? Que constatez-vous ?

Données : • atomes : C612 ; H11 ; O816 ; molécule d’eau : H2O ; • mnucléon = 1,67 × 10–24 g et NA = 6,02 × 1023 mol–1.

Conseils

a. Déterminez la masse d’un atome de carbone et en déduire le nombre d’atomes de carbone dans l’échantillon. Une mole est un paquet de 6,02 × 1023 entités.

b. Faites de même pour l’eau. Attention, il s’agit d’une molécule. La masse d’une molécule est égale à la somme des masses des atomes constituant cette molécule.

Solution

a. La masse d’un atome de carbone est :

mC = A × mnucléon = 12 × 1,67 × 10–24 g = 2,00 × 10–23 g.

Il y a : N=méchantillonmentité=30,12,00×1023=1,50 × 1024 atomes, soit une quantité de matière : nC=NNA=1,50×10246,02×1023=2,50 mol.

b. La masse d’une molécule d’eau est : m(H2O) = 2 × mH + mO

m(H2O) = 2 × (1 × 1,67 × 10–24) + (16 × 1,67 × 10–24) = 3,01 × 10–23 g

nH2O=NNA=méchantillonNA×mentité=45,36,02×1023×3,01×1023= 2,50 mol.

On a la même quantité de matière de carbone et d’eau, mais ces quantités n’ont pas la même masse !

2 Déterminer un volume à partir d’une quantité de matière

Quel est le volume occupé par une bille pleine de 0,281 mol de cuivre ?

Données : matome Cu = 1,05 × 10–22 g et ρCu = 8,89 g · cm–3.

ConseilS

Partez de la définition de la masse volumique. Quelle grandeur faut-il d’abord trouver pour calculer le volume ?

Solution

ρ=mV d’où V=mρ. La masse de cuivre est : m = N × matome Cu et N = n × NA.

D’où = n × NA × matome Cu = 0,281 × 6,02 × 1023 × 1,05 × 10–22 = 17,8 g d’où : V=17,88,89=2,00 cm3.

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