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Grandeur physique et étude quantitative

Par Mathieu le 09/08/2010 Ressources > Physique-Chimie > Première S > Les Quantités de Matière en Chimie

1. Pourquoi faire des mesures de quantité de matière ?

Les mesures de quantité de matière en chimie sont utiles :
_ pour comprendre le monde qui nous entoure, la manière dont il évolue et ainsi prévoir le futur. Par exemple, le taux de CO2 dans l’air permet de savoir s’il y aura réchauffement.
_ pour protéger des substances qui peuvent être dangereuses pour l’homme. Par exemple, le taux d’alcool dans le sang.
De façon générale pour améliorer notre qualité de vie.

2. Quantité de matière d’un solide et d’un liquide.

1. Rappel : grandeur quantité de matière : η

En chimie, la quantité de matière correspond à un nombre fixé d’éléments (atomes, molécules, ions…). On la définit : un mole est le nombre d’éléments contenus dans 12g de carbone 12. C’est l’unité de la quantité de matière.
Le nombre d’éléments dans une mole est le nombre d’Avogadro Na = 6,02 1023 mol-1.
La quantité de matière η d’un échantillon est le rapport du nombre d’élément N qu’il contient sur le nombre d’Avogadro.

2. Quantité de matière et masse

Pour faire le lien entre masse et quantité de matière, les chimistes utilisent les masses molaires atomiques MX.
La masse molaire atomique d’un élément X est la masse d’une mole de cet atome. On la note MX est se mesure en g/mol.
Toutes les masses atomiques figurent dans le tableau périodique des éléments.
La masse molaire moléculaire d’une molécule AaBb, est la somme pondérée des masses molaires atomiques des éléments qui la constitue.

M(AaBb) = aM(A) + bM(B).

La masse d’un échantillon m contient une quantité de matière η déterminée grâce à la masse molaire de l’élément constituant l’échantillon.

3. Quantité de matière et le volume

Pour faire le lien entre masse et volume, on utilise la masse volumique ρ définit comme la masse d’un échantillon sur le volume qu’il occupe.

La plupart du temps, on se réfère à la densité d’un corps. C’est à dire au rapport entre sa masse volumique et celle d’un corps de référence (l’eau).

A l’aide de la masse volumique, on peut déduire l’expression de la quantité de matière.

4. Concentration et quantité de matière

Les liquides et les solides forment des solutions aqueuses lorsqu’ils sont dissous dans l’eau. On calcule leur concentration massique ou titre massique en faisant le rapport entre la masse de soluté introduite et le volume de solvant.

De la même manière, les chimistes utilisent la concentration molaire qui est le rapport entre quantité de matière introduite et le volume de solvant.

3. Les gaz

1. Équation d’état des gaz parfaits

Un gaz est dit parfait lorsque les particules qui le constituent sont sans interaction les unes aux autres. C’est le cas quand la pression d’un gaz quelconque est très faible. Les gaz parfaits obéissent à une loi régissant des grandeurs : pression, volume, température.

Le volume molaire d’un gaz est par définition le rapport entre le volume de ce gaz et de sa quantité de matière.
Or d’après la loi des gaz parfaits, ce rapport est constant si T et p sont constantes.

Rappel : La température prise en compte est la température absolue t(K) = 0 °C + 273,15 F

2. Masse d’un gaz

La masse d’un gaz est difficile d’accès, par conséquent pour connaître sa valeur, on préfèrera connaître son volume et le convertir grâce à la masse volumique.

Remarque :
La densité d’un gaz se mesure en prenant pour référence la masse volumique de l’air. Dans ces conditions normales, la masse volumique de l’aire est à 1,3 g/L.

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