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Sauter à un chapitre clé
Tu peux probablement déterminer le poids d'un grain de sable moyen en en mesurant 100 sur une balance. Disons que tu obtiens 10 mg, ce qui signifie qu'il y a 1/10e de mg par grain de sable. Il te suffit ensuite de calculer le nombre de kilos de sable dont tu as besoin. Dans ce cas, tu auras besoin de 10 kg de sable par lot de ciment.Un chimiste est confronté quotidiennement à ce problème : nous savons de combien d'atomes nous avons besoin, mais il nous est impossible de les compter un par un. Nous avons donc inventé quelque chose pour résoudre ce problème. Il s'agit de la masse atomique (comme le poids d'un grain de sable moyen dans l'exemple ci-dessus) et nous l'utilisons pour calculer le poids d'une mole de ces atomes, c'est-à-dire combien ils pèsent. Nous pouvons ensuite calculer le poids d'une mole de molécules en additionnant les masses atomiques. C'est ce qu'on appelle la masse moléculaire. Les unités de ces deux mesures sont des unités de masse atomique.
Lamasse atomique est définie comme la masse au repos d'un atome, généralement exprimée en unités atomiques.
Lepoids atomique est ce que tu mesurerais pour la masse atomique à proximité (ou à la surface) d'un objet lourd. Pense à un objet très lourd comme la terre. Il dépend de la masse de la terre, de la distance qui te sépare du centre de la terre et de la masse atomique.
Lorsque nous faisons de la chimie sur la planète Terre, nous parlons de "poids atomique", mais comme nous ne faisons pas encore de chimie sur d'autres planètes ou dans l'espace, nous utilisons généralement les termesmasse atomique etpoids atomique de manière interchangeable. À partir de maintenant, si nous parlons de masse moléculaire, nous voulons dire poids moléculaire. C'est également courant dans les manuels et tant que l'on est sur Terre (comme dans la plupart des laboratoires), tu n'as pas à t'inquiéter de cette différence.
Si cela te semble confus, il y a des articles sur notre site qui t'aideront à comprendre les bases avant de passer aux calculs : "Moles et masse molaire" et"Le nombre d'Avogadro et la mole" sont de bons points de départ. Si tu sens que tu as besoin de rafraîchir tes connaissances, va les lire maintenant et nous reprendrons là où nous nous sommes arrêtés !
Récapitulation : Le tableau périodique avec les masses molaires
Les définitions suivantes proviennent du livre d'or de l'UICPA1:
La masse molaire est le rapport de la masse de la molécule par rapport à l'unité de masse atomique unifiée.
L'unité de masse atomique est une unité de masse (égale à la constante de masse atomique), définie comme un douzième de la masse d'un atome de carbone 12 dans son état fondamental et utilisée pour exprimer les masses des particules atomiques, u≈1.660 5402(10)×10-27 kg.
Dans le tableau périodique, tu trouveras les masses molaires (ou les poids pour être plus précis) des éléments généralement sous leur nom. (Si tu as une molécule spécifique composée de plus d'un atome, comme l'eau (H2O, trois atomes), tu peux calculer le poids d'une mole de cette molécule. Oumême pour un composé complètement fictif que tu veux fabriquer, par exemple StudySmarter-ium.
Fig.1 - Certains de mes éléments préférés !
Calculer la masse molaire d'un composé
Le calcul de la masse molaire d'un composé est assez simple, mais je ne l'écrirai pas (encore) sous la forme d'une équation, car cela le rend inutilement compliqué et effrayant pour la plupart des élèves. Je vais d'abord te donner une liste d'étapes (un peu comme un algorithme pour un ordinateur) pour arriver à la masse molaire finale. Si tu répètes ces étapes, tu pourras toujours calculer la masse molaire correcte, quelle que soit la complexité de ton composé.
1. Compte le nombre d'atomes de chaque élément qui composent le composé/la molécule.
La formule chimique de l'eau estH2O, ce qui signifie qu'elle contient 2 atomes d'H et 1 atome d'O.De même, l'amphétamine, un composé organique, a la formule chimique C9H13N, ce qui signifie qu'elle contient 9 atomes de C, 13 atomes d'H et 1 atome de N.
2. Trouve les masses atomiques dans le tableau périodique.
Faisons-le pour la molécule ST(i)UDySmArTeR(a) (indice : regarde la figure ci-dessus). Les nombres sous les noms des éléments sont les masses atomiques moyennes, mais dans ce cas, nous n'avons qu'un seul élément de chaque, donc il n'y a pas de nombres dans la formule du composé.Donc dans ce cas : 32,07 g/mol pour le soufre, 204,38 g/mol pour le thallium, et ainsi de suite jusqu'à 226,03 g/mol pour le radium.
Fais-le toi-même pour l'eau et l'amphétamine, tu en auras besoin à l'étape suivante !
3. Additionnons-les toutes pour obtenir la masse molaire du composé/de la molécule !
StudySmarter-ium contient un élément de chaque, il me suffit donc d'additionner les masses atomiques de tous les composants pour obtenir la masse molaire du composé : 1181,37 g/mol - un composé lourd en effet !L'eau est un peu plus délicate : n'oublie pas qu'il y a 2 hydrogènes (H2O) ce qui nous donne 1,01 + 1,01 + 16,00 pour obtenir 18,02 g/mol en tant que masse molaire. Ou, en simplifiant : 1,01*2 + 16,00 pour obtenir 18,02 g/mol également.Enfin, notre précurseur pharmaceutique trop souvent abusé, l'amphétamine. Elle est composée de 9 carbones, 13 hydrogènes et 1 azote. Sa masse molaire est de 9 * 12,01 + 13 * 1,01 + 1 * 14,01 = 135,23 g/mol.
Il te suffit maintenant de rincer et de répéter pour calculer la masse molaire de n'importe quel composé. Tu trouveras à la fin quelques exemples de calculs de masse molaire que tu pourras essayer et dont tu pourras t'inspirer.
Il existe en fait toute une série de types de poids et de masses utilisés pour décrire les atomes et il peut être important de connaître la différence entre eux. Tu as peut-être déjà entendu parler de certains d'entre eux, par exemple le poids de la formule, la masse monoisotopique, la masse moléculaire, le poids moléculaire, le poids atomique, etc.À proprement parler, ce dont nous avons discuté (et ce dont tu as besoin pour ton examen) est la masse molaire, en prenant la formule réelle du composé qui t'intéresse et en additionnant les masses atomiques. Parfois, tu construis des composés dont la répartition des isotopes n'est pas naturelle, par exemple, une bombe nucléaire. Elle contient de l'uranium dont la masse moyenne est plus proche de 235 g/mol. Alors, la façon dont tu fais ça... à la réflexion, je ne pense pas que je doive t'enseigner comment purifier l'uranium pour ta bombe atomique maison, alors je vais omettre cette section ici .Le fait est que, dans ce cas, tu dois faire attention à l'isotope du composé que tu utilises parce que chacun d'entre eux donnera une masse molaire finale différente. Dans un cas extrême, tu n'auras qu'un seul isotope (comme dans les solvants RMN, du moins ceux qui sont très chers) et tu utiliseras alors le poids atomique de cet isotope spécifique. Par exemple, "l'eau lourde" est de l'eau composée de Deutérium, qui n'est que de l'hydrogène lourd, mais cette différence minuscule est très importante lorsqu'on calcule la masse molaire de l'eau lourde. Il existe de nombreuses applications avancées pour les composés monoisotopiques (composés ne contenant qu'un seul isotope), et tu peux en apprendre davantage à ce sujet dans l'article "Isotopes".
La formule de calcul de la masse molaire
Tu veux la formule, je comprends, j'aime aussi beaucoup les formules. Pour un composé composé d'atomes ANaBNbCNc.... , tu peux utiliser cette formule pour calculer la masse molaire.
où Ni est le nombre d'atomes i dans la formule du composé et Ar(i) est le poids atomique de l'atome i, pour tous les atomes de la formule.
Le symbole signifie simplement la somme de tout ce qui est inclus à l'intérieur du symbole lui-même, dans ce cas, la somme du produit du nombre d'atomes de chaque élément dans le composé et le poids atomique de cet atome.
En d'autres termes, dans le cas de l'eau :
Si cette formule te semble très compliquée, utilise simplement le processus décrit plus haut, ce sont une seule et même chose. La différence est la suivante : en haut, elle est décrite avec des mots alors qu'ici, elle est décrite avec une notation mathématique. Aucun des deux n'est meilleur que l'autre !
Exemple de calcul de la masse molaire par étapes
Tu sais maintenant calculer les masses molaires des composés en toute confiance, mais à quoi cela te sert-il ? Nous pouvons calculer la masse molaire de n'importe quel composé dont nous avons besoin avec un tableau périodique et nous pouvons l'utiliser pour convertir les grammes d'une substance en moles d'une substance. La chimie travaille avec des moles, mais tu ne peux mesurer que des grammes ou une quantité apparentée, pas des moles. D'où l'importance de pouvoir passer d'une mesure à l'autre.
Je vais te présenter deux exemples de calculs de masses molaires pour comprendre la pertinence des masses molaires dans la vie quotidienne d'un chimiste.
Disons que je sais, grâce à un article récent, que mes papilles gustatives ont besoin de 0,5 mol/L de glucose (cette mesure est appelée concentration) pour compenser l'amertume de mon café le matin. Je sais aussi que mon café fait en moyenne 50 ml de volume, aussi appelé 0,05 L. En multipliant les deux, j'obtiens le nombre de moles de sucre que je dois mettre dans mon café le matin, àpeu près 0,025 mol ou 25 mmol.
Comment procéderais-tu ? En multipliant par le nombre d'Avogadro (6,022x1023), on obtient 1,5055x1022 atomes de molécules de sucre, ce qui n'est pas très utile. Qu'en est-il de la masse molaire ? La formule du glucose est C6H12O6. En utilisant un tableau périodique, nous pouvons calculer la masse molaire du glucose. En utilisant les étapes ou la formule ci-dessus, nous obtenons 180,16 g/mol pour le glucose :
La masse molaire estd'environ 180,16 g/mol.
La masse molaire de 180,16 g/mol nous indique qu'une mole de sucre pèse exactement 180,16 g. Peux-tu donc calculer combien pèse 0,025 mole ?
Tu as raison, c'est 180,16 g/mol x 0,025 mol, ce qui fait 4,5 g, soit environ 2 cubes de sucre.
Et ça marche aussi dans l'autre sens ! Je viens de mettre 120 grammes de sucre dans un litre de café (c'est la période des examens, alors ne me juge pas) ! Est-ce que ce sera assez sucré ? N'oublie pas que nous avons toujours besoin de 0,5 mol de sucre par litre de café.Tu peux procéder de la façon suivante : 120 g divisés par la masse molaire du glucose te donneront 0,667 mol. Cool, quel était notre volume de café exactement ? 1 L. Nous avons donc ajouté 0,667 mol/L de café. Ce sera suffisamment sucré puisque c'est plus que 0,5 mol/L, ce qui correspondrait à 90 g, en fait.
Tu peux remarquer un phénomène intéressant avec les unités SI en particulier. Elles sont conçues de manière à ce que tu puisses faire de l'algèbre avec elles. Il suffit de considérer le gramme, la mole, le litre, etc. comme s'il s'agissait de variables telles que x, y et z. Veux-tu résoudre le problème des grammes ? Tu peux le faire comme suit : g/mol * quelque chose = g. Que pourrait être cette chose ?Naturellement, tu trouveras que ce sont les moles. Pour y voir plus clair, remplace x par g et y par mol. Peux-tu résoudre cette équation ?
x/y * quelque chose = x, oui c'est y et y est mol selon la définition.C'est ce qu'on appelle l'analyse dimensionnelle et cela peut être très utile si tu sais quel type de résultat (par exemple grammes, moles, litres, etc.) tu cherches.
Exemples de calcul de la masse molaire avec les réponses !
Je ne sais pas ce qu'il en est pour toi, mais pour moi, ce qui rendait la chimie intéressante lorsque j'étais enfant, c'était les explosions. Alors, calculons la masse molaire de quelques explosifs au cas où tu les aimerais aussi. Les réponses se trouvent à la fin de cette section, mais essaie d'abord de les résoudre toi-même.
Il y avait autrefois une émission sur un chimiste atteint d'un cancer du poumon qui fabriquait de la méthamphétamine. C'était assez populaire et dans l'une des scènes emblématiques, il utilisait du fulminate de mercure pour démolir l'étage supérieur d'un immeuble. Mais calculons la masse molaire.
Le fulminate de mercure peut détruire un bâtiment, mais il ne fonctionne pas de la façon dont il a été dépeint. Si tu le laisses tomber, il n'explosera pas sur toi.
Le fulminate de mercure a la formule chimique suivante Hg(CNO)2. Cela signifie que pour chaque atome de mercure, il y a 2 atomes de carbone, 2 atomes d'azote et 2 atomes d'oxygène. Peux-tu calculer la masse moléculaire ? Et si je te dis que tu as besoin de 2,5 mol de ce produit pour forcer les méchants à payer pour ta méthamphétamine, combien de grammes prendrais-tu avec toi ?
La nitroglycérine est utilisée pour fabriquer de la dynamite en l'absorbant sur du matériel spécifique. C'est un explosif très stable. Sous sa forme pure, la nitroglycérine est très facile à faire exploser, par exemple en la renversant accidentellement dans le laboratoire. Un chimiste maladroit vient d'en renverser 13 g et nous savons que 0,1 mol le tuerait à coup sûr, mais en dessous de cette quantité, il survit. La formule de la nitroglycérine est C3H5N3O9, dois-je appeler une ambulance ?
Calcule d'abord la masse molaire !
Tu trouveras d'autres calculs de masse molaire sur les flashcards si tu as envie de t'entraîner un peu plus.Answers :
- Le fulminate de mercure a une masse molaire de 284,62 g/mol,c'est le poids d'une mole . 2,5 mol pèseraient alors 2,5 fois plus, soit environ 711,6 g.284,62 g/mol * 2,5 mol = 711,6 g
- La nitroglycérine a une masse molaire de 227,09 g/mol. Ici, tu as deux possibilités :
- Tu peux calculer combien pèse 0,1 mol : 0,1 mol pèserait 22,7 g, donc il survit. 227,09 g/mol * 0,1 mol = 22,7 g
- L'autre option est la suivante : Combien de moles y a-t-il dans 13 g de nitroglycérine ? Tu sais que 1 mole représente 227,09 g, alors tu peux simplement diviser 13 g par 227,09 g/moles pour obtenir le nombre de moles dans cette quantité, ça marche dans les deux sens ! Tu obtiendrais 0,057 moles, soit moins de 0,1, donc encore une fois, il survit. M(Nitroglycérine) = 227,09 g/mol, m(Nitroglycérine) = 13,0 g, n(Nitroglycérine) = ? mol n= m/M = (13,0 g) / (227,09 g/mol) = 0,057 mol
J'espère que tu comprends maintenant les calculs de masse molaire. Je vais aller chercher cette ambulance pour mon collègue maladroit. Il ne mourra peut-être pas, mais les brûlures vont être terribles !
Calculs de la masse molaire - Principaux points à retenir
- La masse molaire est importante parce que compter un à un plus de deux cents millions d'atomes serait très ennuyeux et prendrait beaucoup de temps. La masse molaire t 'indique le nombre de grammes d'atomes dont tu as besoin au lieu du nombre de morceaux d'atomes.
- La masse molaire est calculée en additionnant la somme des masses atomiques de chaque élément du composé.
- En multipliant une quantité molaire (nombre d'atomes dans un composé) par leur masse molaire, tu obtiens le poids (en grammes). De même, en divisant une masse (grammes) par la masse molaire (g/mol), tu obtiens une quantité molaire.
Références
- UICPA. Compendium de terminologie chimique, 2e édition (le "Livre d'or"). Compilé par A. D. McNaught et A. Wilkinson. Oxford 1997 ; ISBN 0-9678550-9-8., https://doi.org/10.1351/goldbook.
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