Nous traitons les atomes de la même manière ! Pour commenter le nombre d'atomes dans un échantillon, nous pouvons relier la masse de l'échantillon au nombre d'atomes. Cependant, nous devons d'abord connaître la masse moyenne de chaque atome.
Dans ce résumé de cours, nous allons commenter comment les chimistes mesurent et regroupent les masses des atomes et des molécules.
- Ce résumé de cours est consacré aux moles.
- Tout d'abord, nous définirons la mole et expliquerons pourquoi cette unité de mesure est utilisée.
- Ensuite, nous expliquerons les concepts de masse atomique et de masse molaire et les différences entre les deux.
- Nous expliquerons alors le concept de masse moléculaire et les différences entre celle-ci et la masse molaire.
- Enfin, nous examinerons le lien entre la masse molaire et le point d'ébullition.
Quantité de matière : Constante d'Avogadro
Comment les chimistes peuvent-ils mesurer les choses lorsque tout est constitué d'atomes différents et, pour compliquer les choses, d'isotopes différents de ces atomes ? Avec des moles, bien sûr !
Si nous disons que nous avons une mole d'atomes d'hydrogène, nous savons que nous avons précisément \( 6,02214076 \times 10^{23} \) atomes d'hydrogène. Si nous disons que nous avons deux moles de molécules d'oxygène, nous savons que nous avons \( 2 \times 6,02214076 \times 10^{23} = 1,20442815 \times 10^{24} \) molécules d'oxygène.
Et si nous disons que nous avons \( 9.853 \) moles de molécules de méthane, nous savons que nous avons \( 9,853 \times 6,02214076 \times 10^{23} = 5,93361529 \times 10^{24} \) molécules de méthane.
Considère une mole comme une quantité comme une autre. Tout comme une paire signifie deux, ou une demi-douzaine signifie six, une mole signifie \( 6,02214076 \times 10^{23} \) .
Mole : unité de mesure
Une mole est une unité de mesure utilisée pour désigner le nombre de particules, d'atomes et de composés. Elle correspond à \( 6,022 \times 10^{23} \) unités d'une substance, qui est le nombre d'Avogadro (d'après le chimiste italien Amedeo Avogadro).
Les atomes sont incroyablement petits, si bien que si tu essayais de compter le nombre d'atomes dans une goutte d'eau, tu en aurais pour un bon moment. Les moles sont utilisées pour compter les atomes/molécules en "paquets", comment nous comptons les œufs par douzaine.
Qu'est-ce que la masse molaire ?
Lorsque nous mesurons des objets en vrac en grammes, nous nous référons à la masse molaire.
La masse molaire est la masse d'une substance (en grammes) divisée par la quantité de cette substance (en moles). La masse molaire est la moyenne des poids, qui varient généralement en raison des isotopes.
La formule est la suivante : \( M = m \div n \) où \( m \) est la masse et \( n \) le nombre de moles.
Les isotopes sont des éléments ayant le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons.
Le carbone-14 présente \( 6 \) protons et \( 8 \) neutrons, tandis que le carbone-12 présente \( 6 \) protons et \( 6 \) neutrons).
La masse molaire est un "terme générique" qui peut se référer soit au poids atomique, soit au poids moléculaire (dont nous parlerons plus loin).
Le poids atomique d'un élément est une moyenne du poids de ses isotopes en fonction de leur abondance relative (ex : si le chlore-37 représente \( 24,33 \% \) de tous les atomes de chlore, alors il représente ce pourcentage du poids atomique).
Le poids atomique est la masse indiquée en \( uma \) (unités de masse atomique) sous un élément dans le tableau périodique. Il est courant d'y faire référence en tant que masse atomique, même s'il s'agit de quelque chose de légèrement différent (ce qui prête à confusion, nous connaissons).
À titre d'exemple, voici à quoi ressemble le lithium dans le tableau périodique.
Fig.1- le lithium dans le tableau périodique .
Le numéro atomique (nombre de protons) est indiqué en haut, le symbole de l'élément au centre et le poids atomique en bas. Comment ce numéro a-t-il été déterminé ? Le poids atomique est déterminé en prenant l'abondance et la masse connues de chaque isotope et en calculant la moyenne.
Pour le lithium, il existe deux isotopes : Lithium-6 \( (7,59 \% ) \) et Lithium-7 \( ( 92,41 \% ) \) . Nous pouvons donc calculer la masse atomique :
$$ (7.59\%*6.015\,uma)+(92.41\%*7.016\,uma)=6.94\,amu $$
Qu'est-ce que la masse atomique ?
La masse atomique est la masse d'un seul atome/isotope. Elle est calculée en additionnant le nombre de protons et de neutrons (les électrons sont considérés comme trop légers et sont négligeables).
Lorsque nous avons calculé la masse atomique, nous avons utilisé les masses atomiques de chaque isotope.
Lorsque nous parlons de lithium-6, nous parlons de l'isotope spécifique dont la masse atomique est de \( 6,015 uma \) . En revanche, lorsque nous parlons du lithium dans son ensemble (moyenne pondérée des deux isotopes connus), nous nous référons à sa masse atomique de \( 6,94 uma \) .
Tu te rappelles peut-être que des sources font référence au poids atomique comme à la masse atomique, mais garde à l'esprit la différence pour ne pas te tromper !
Masse moléculaire
En utilisant les masses atomiques, nous pouvons calculer la masse moléculaire.
La masse moléculaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule.
La masse moléculaire est différente de la masse molaire.
La masse moléculaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule.
Comme nous l'avons mentionné précédemment, la masse atomique et le poids atomique sont souvent utilisés de manière interchangeable, de sorte que la masse molaire, la masse moléculaire et le poids moléculaire sont également souvent utilisés de manière interchangeable. Le contexte et les questions doivent donc être clairs lorsque l'on discute de ces termes ! Faites toujours attention lorsque tu lis les manuels et les problèmes pour observer si, lorsque la "masse moléculaire" est mentionnée, on parle en fait de "masse moléculaire" ou si l'on parle plutôt de "poids moléculaire".
Le poids moléculaire de l'eau peut être calculé en additionnant les masses atomiques des éléments qu'elle contient. L'eau est composée de \( 2 \) hydrogènes et d'un oxygène, la masse atomique de l'hydrogène est de \( 1,01 g/mol \) et la masse atomique de l'oxygène est de 16,00 g/mol. La masse moléculaire serait alors de :
$$ (2*1.01\frac{g}{mol})+16.00\frac{g}{mol}=18.02\frac{g}{mol} $$
Il est important de se rappeler que les masses atomiques utilisées dans les calculs ci-dessus sont des moyennes pour leur élément respectif. La valeur que nous avons calculée représente donc une masse moléculaire moyenne pour une molécule d'eau donnée. Il existe \( 2 \) isotopes stables pour l'hydrogène et \( 3 \) pour l'oxygène, ce qui fait que la masse moléculaire exacte d'une molécule d'eau peut varier considérablement !
Point d'ébullition
Plusieurs facteurs influencent le point d'ébullition d'une substance, l'un d'entre eux étant la masse molaire. En général, plus la masse molaire est importante, plus le point d'ébullition est élevé.
Le point d'ébullition dépend également de la masse atomique. Comme les isotopes présentent des masses différentes, ils présenteront également des points d'ébullition différents. Comme pour la tendance générale, plus la masse atomique est élevée, plus le point d'ébullition est élevé.
Les molécules suivent la même tendance générale, mais ce n'est pas parce qu'une molécule est plus lourde qu'elle présente nécessairement un point d'ébullition plus élevé.
Par exemple, le point d'ébullition de l'éthanol \( CH_3CH_2OH \) , \( \text {masse molaire = 46,07 g/mol} \) est de \( 78,4 °C \) , alors que l'eau \( \text {(masse molaire = 18,02 g/mol) } \) présente un point d'ébullition de \( 100 °C \) . Cela est dû aux forces intermoléculaires, qui sont les forces qui existent entre les molécules. Plus ces forces sont fortes, plus il est difficile pour les molécules de "s'éloigner" les unes des autres et d'entrer dans la phase gazeuse.
Mole - Points clés
- Une mole est une unité de mesure utilisée pour désigner le nombre de particules, d'atomes et de composés.
- Une mole correspond à \( 6,022 \times 10^{23} \) unités d'une substance. Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro.
- La masse molaire est la masse d'une substance (en grammes) divisée par la quantité de matière de cette substance (en moles).
- La masse molaire est la moyenne des poids, qui varient généralement en raison des isotopes.
- La masse atomique est la masse d'un seul atome/isotope.
- Elle est calculée en additionnant le nombre de protons et de neutrons (les électrons sont considérés comme trop légers et sont négligeables).
- La masse moléculaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule.
- La masse moléculaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule, tandis que le poids moléculaire est la somme des poids atomiques des éléments présents dans la molécule.
- Pour les éléments, plus la masse molaire est importante, plus le point d'ébullition est élevé. Les molécules de même type suivent cette tendance.
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Gabriel Freitas est un ingénieur en intelligence artificielle possédant une solide expérience en développement logiciel, en algorithmes d’apprentissage automatique et en IA générative, notamment dans les applications des grands modèles de langage (LLM). Diplômé en génie électrique de l’Université de São Paulo, il poursuit actuellement une maîtrise en génie informatique à l’Université de Campinas, avec une spécialisation en apprentissage automatique. Gabriel a un solide bagage en ingénierie logicielle et a travaillé sur des projets impliquant la vision par ordinateur, l’IA embarquée et les applications LLM.
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