Mesures de quantités de matière en chimie








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titreMesures de quantités de matière en chimie
date de publication29.03.2018
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Mesures de quantités de matière en chimie
Réaction de dissolution d'un soluté dans l’eau :
Introduisons du sucre solide dans un verre d’eau, puis agitons le mélange : on constate que le solide disparaît à la vue.
On dit que le sucre s’est dissout dans l’eau (et non pas que les cristaux ont fondu ! pour les faire fondre, il faudrait chauffer à une température très élevée).
L’eau est appelé le solvant, le sucre est le soluté.

En dissolvant un soluté dans le solvant « eau », on obtient une solution aqueuse de ce soluté, soit ici une solution aqueuse de sucre.
Le soluté peut être :
* un composé moléculaire qui se dissout en restant sous forme de molécules qui se séparent au sein de l’eau.

Ex: le saccharose (sucre) C12H22O11(s) C12H22O11(aq)
* Un cristal ionique : les ions sont déjà présents dans le solide, et ne font que se séparer lors de la dissolution.

Ces ions n'apparaissent pas dans la formule chimique du solide qui doit être électriquement neutre.

Ex: le chlorure de sodium (sel de cuisine) de formule NaCl(s) est constitué en moyenne de 1 ion Cl­ pour un ion Na+.

NaCl(s) Na+(aq) + Cl­(aq)
Remarques :
* Une réaction de dissolution est totale tant que la solution n'est pas saturée: au delà d'une certaine concentration, le

soluté ne se dissout plus. Cette concentration maximale s’appelle solubilité de ce soluté.
* Un cristal est constitué par un arrangement régulier d’atomes (diamant), de molécules (sucre) ou d’ions (chlorure

de sodium=sel de cuisine).
* La dissolution d’un solide cristallin ionique dans l’eau s’effectue en 3 étapes :
1- séparation des ions qui constituent le solide.

2- hydratation des ions qui s’entourent de molécules d’eau… ce que l’on note (aq) à droite de l’ion ( Cl­(aq) , …)

3- dispersion des ions dans toute la solution aqueuse, qui peut être accélérée en agitant la solution. Celle-ci

devient alors homogène (propriétés identiques en tout point).
Mesures de quantités de matière en chimie : la môle
Un maçon ne manipule jamais un gravier, un grain de sable ou un cristal de ciment, mais toujours un grand nombre de ces entités, et il doit les mélanger avec de l’eau dans des proportions bien définies pour que le béton obtenu soit résistant.
De même, un chimiste ne manipule jamais un seul atome, ou une seule molécule, ou un seul ion, car leurs dimensions sont bien trop petites à notre échelle !

Mais lorsqu’il fait réagir des espèces chimiques entre-elles, il doit les mélanger dans des proportions bien définies. Pour cela, il doit être capable de mesurer les quantités de matière de chaque espèce concernée.

Les quantités de médicament administrées à un malade doivent également être déterminées avec précision, sinon le médicament risque de rester inactif, ou au contraire de provoquer des effets secondaires indésirables pouvant aller jusqu’à la mort du patient.
On appelle môle un ensemble d’atomes, de molécules ou d’ions identiques contenant 6,02.1023 atomes, molécules ou ions

Le symbole de la môle est mol
NA =6,02.1023 mol–1 est appelé nombre d’Avogadro.


A

Z

Ce nombre a été choisi de façon à ce que la masse d’une môle d’un atome de symbole X s’exprime en mol. L–1 par la même valeur que le nombre de nucléon A dans le noyau.


12

6

Exemple : la masse d’une môle d’atomes de carbone C se note M(C) = 12 g.mol–1

le nombre d’atomes de carbone contenus dans 12g de carbone est donc égal à 6,02.1023 atomes.

la masse d’un atome de carbone est donc égale à 12 / 6,02.1023 = 2,0.10–23 g
R
37

17

35

17
emarque :
la masse molaire d’un élément chimique est une moyenne sur l’ensemble des isotopes qui constituent cet élément chimique. Par exemple pour l’élément chlore (75% de Cl et 25% de Cl) : M(Cl) = 35,5 g.mol–1
On définit de même une masse molaire moléculaire pour un groupe de 6,02.1023 molécules identiques.
Dans une môle d’alcool de formule brute C2H6O il y a 2 mol de carbone, 6 mol d’hydrogène et 1 mol d’oxygène.
M(C2H6O) = 2x12 + 6x1 +1x16 = 46g.mol–1 sachant que M(C) = 12g.mol–1 M(H) = 1g.mol–1 et M(O) = 16g.mol–1

Préparation d’un volume V d’une solution aqueuse de concentration en soluté apporté C

par dissolution d’un composé solide :




Le nombre de môle de soluté X à prélever est n = C . V n en mol V en L C en mol.L–1




La masse correspondante est m = n . M où M est la masse molaire du soluté X m en g M en g.mol–1
Exemple : saccharose C12H22O12(s) masse molaire moléculaire : M(C12H22O11) = (12x12)+(22x1)+(11x16) = 342g.mol–1
Pour préparer V=100mL soit 0,100L d’une solution sucrée de concentration en soluté apporté C = 5,00.10–2 mol.L–1

il faut prélever n = C . V = 5,00.10–2 x 0,100 =5,00.10–3 mol de sucre, soit une masse m = n . M = 5,00.10–3 x 342 = 1,71g




  • Placer un bécher sur la balance. Tarer la balance.

Prélever la masse m=1,71g de cristaux à l’aide d’une spatule propre et sèche.


  • Rincer la paroi intérieure d’une fiole jaugée de volume V = 100mL

à l’aide d’une pissette d’eau distillée.


  • Verser les cristaux dans la fiole jaugée à l’aide d’un entonnoir

Rincer le bécher et l’entonnoir avec de l’eau distillée de façon

à récupérer la totalité des cristaux dans la fiole.


  • Remplir la fiole à moitié d’eau distillée et, après l’avoir

bouchée, l’agiter pour dissoudre les cristaux.


  • Lorsque la dissolution est terminée, ajouter de l’eau distillée

à la pissette pour terminer au niveau du trait de jauge.


  • Reboucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois

pour bien homogénéiser la solution obtenue.

Dilution d’une solution :
Diluer une solution aqueuse, c’est rajouter de l’eau pour augmenter son volume

sans modifier la quantité de soluté.
Exemple : on dilue environ 10 fois le sirop de menthe avant de le boire, c'est-à-dire

qu’on rajoute de l’eau jusqu’à ce que le volume final de la boisson soit environ 10

fois plus grand que le volume initial de sirop prélevé.
Soit à préparer un volume V2 d’une solution de concentration en soluté apporté C2

par dilution d’un volume V1 de la solution mère S1 de concentration C1 .




Le nombre de môle de soluté ne variant pas lorsqu’on rajoute de l’eau, on peut écrire : n(soluté) = V2.C2 = V1.C1
Le facteur (ou rapport) de dilution est F = C1 / C2 = V2 / V1




Exemple :

On veut préparer V2=100mL soit 0,100L d’une solution sucrée de concentration en soluté

apporté C2=1,00.10–2mol.L–1 à partir de la solution mère de concentration en soluté

apporté C1=5,00.10–2mol.L–1 .
Le facteur de dilution est F = C1 / C2 = 5,00.10–2/1,00.10–2 = 5,00

Le volume de solution mère à prélever est donc : V1 = V2 / F = 100 / 5,00 = 20,0 mL.


  • Verser la solution mère dans un bécher




  • Rincer une pipette jaugée de volume V1 = 20,0 mL avec cette solution mère S1 ,

puis la remplir jusqu’au trait de jauge.


  • Verser le contenu de cette pipette dans une fiole jaugée de volume V2=100mL

préalablement rincée à l’eau distillée, et à moitié remplie d’eau.


  • Boucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois pour homogénéiser la solution obtenue.




  • Ajouter de l’eau distillée à la pissette pour terminer au niveau du trait de jauge.




  • Boucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois pour homogénéiser la solution obtenue.


Attention : La pipette doit être rincée avec la solution à prélever, la fiole jaugée avec de l’eau distillée.

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