Composition d’un système

1Mole et masse molaire

Définition. La mole est la quantité de matière d’un échantillon contenant exactement ${6{,}022\,140\,76\times10^{23}}$ entités ; la constante d’Avogadro vaut donc exactement $N_A={6{,}022\,140\,76\times10^{23}\,\mathrm{mol}^{-1}}$, valeur arrondie à $N_A={6{,}02\times10^{23}\,\mathrm{mol}^{-1}}$ dans les calculs. Pour un échantillon de $N$ entités identiques, la quantité de matière est $n=\dfrac{N}{N_A}$, exprimée en ${\mathrm{mol}}$.

Définition. La masse molaire $M$ d’une entité, en ${\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}$, est la masse d’une mole de cette entité : $M=m(\text{entité})\times N_A$, avec $m$ en ${\mathrm{g}}$.

Propriété. La masse molaire atomique lue dans le tableau périodique est une moyenne sur les isotopes naturels de l’élément : elle n’est en général pas voisine d’un nombre entier lorsque l’élément possède plusieurs isotopes abondants ($M(\ce{Cl})={35{,}5\,\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}$ : environ ${76\%}$ de $\ce{^{35}Cl}$ et ${24\%}$ de $\ce{^{37}Cl}$). La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes de la formule :

2Quantité de matière d’un échantillon

Propriété — solide ou liquide pesé. $\displaystyle n=\frac{m}{M}$, avec $m$ la masse de l’échantillon pur.

Propriété — liquide mesuré en volume. la masse volumique $\rho=\dfrac{m}{V}$ donne $m=\rho V$, donc $n=\dfrac{\rho\,V}{M}$. La densité d’un liquide, sans unité, vaut $d=\dfrac{\rho}{\rho_{\text{eau}}}$ avec $\rho_{\text{eau}}={1{,}00\,\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{mL}^{-1}}$.

Propriété — gaz. à température et pression fixées, une mole de n’importe quel gaz occupe le même volume molaire $V_m$ : $n=\dfrac{V}{V_m}$.

Remarque. $V_m$ ne dépend que de la température et de la pression, pas de la nature du gaz.

3Décrire la composition d’une solution

Définition. Une solution est obtenue en dissolvant un soluté dans un solvant en large excès (solution aqueuse si le solvant est l’eau). On décrit sa composition par la concentration en quantité de matière et la concentration en masse du soluté :

Remarque. $V$ est toujours le volume de solution obtenue, jamais le volume de solvant ajouté.

4Préparer une solution

Méthode — dissolution. calculer $n=c\,V$ puis $m=n\,M$ ; peser $m$ de solide sur une balance ; l’introduire dans une fiole jaugée de volume $V$ à l’aide d’un entonnoir, en rinçant coupelle et entonnoir à l’eau distillée ; remplir aux trois quarts, boucher, agiter jusqu’à dissolution complète ; compléter jusqu’au trait de jauge (bas du ménisque) ; homogénéiser.

Méthode — dilution. la quantité de soluté prélevée dans la solution mère se retrouve intégralement dans la solution fille :

Prélever $V_{\text{mère}}$ à la pipette jaugée munie d’une propipette, l’introduire dans une fiole jaugée de volume $V_{\text{fille}}$, compléter à l’eau distillée jusqu’au trait de jauge, homogénéiser.

5Savoir-faire du chapitre

6Exemples types