Description d'un Système Chimique : Quantité de Matière, Masse Molaire et Concentration

➔ La mole (symbole mol) est l'unité de quantité de matière du Système International. Une mole d'entités (atomes, ions, molécules…) contient exactement NA = 6,02 × 10²³ entités. Ce nombre est appelé constante d'Avogadro, notée NA, et s'exprime en mol⁻¹. C'est un « paquet » qui permet de compter des entités trop petites pour être dénombrées une à une.

➔ La relation est n = N / NA, avec n en mol, N le nombre d'entités (sans unité) et NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹. Exemple : pour N = 1,20 × 10²¹ molécules de saccharose, n = 1,20×10²¹ / 6,02×10²³ ≈ 2,0 × 10⁻³ mol.

➔ La masse molaire atomique est la masse d'une mole d'atomes d'un élément donné ; elle se lit directement dans la classification périodique. La masse molaire moléculaire est la masse d'une mole de molécules ; elle se calcule en additionnant les masses molaires atomiques de chaque élément constituant la molécule, chacune multipliée par le nombre d'atomes correspondant.

➔ On additionne les masses molaires atomiques de chaque élément, multipliées par leur nombre d'atomes dans la molécule. Avec M(C) = 12,0 g·mol⁻¹ et M(O) = 16,0 g·mol⁻¹ : M(CO2) = 12,0 + 2 × 16,0 = 44,0 g·mol⁻¹.

➔ La masse m d'un échantillon est proportionnelle à sa quantité de matière n, le coefficient de proportionnalité étant la masse molaire M : m = n × M, avec m en g, n en mol et M en g·mol⁻¹.

➔ Le volume molaire Vm est le volume occupé par une mole de gaz ; il ne dépend pas de la nature du gaz mais uniquement des conditions de température et de pression. Dans les CNTP (T = 273 K, P = 1,013 × 10⁵ Pa), Vm = 22,4 L·mol⁻¹. La loi d'Avogadro-Ampère s'écrit Vgaz = n × Vm.

➔ On relie d'abord la masse au volume par la masse volumique ρ : m = ρ × V. On en déduit la quantité de matière : n = (ρ × V) / M. Attention à la cohérence des unités : si ρ est en g·mL⁻¹ et V en mL, m est en g, et il faut alors exprimer M en g·mol⁻¹.

➔ La concentration en quantité de matière C d'une espèce dissoute s'exprime en mol·L⁻¹. Elle se calcule par C = n / V (n en mol, V en L), ou à partir de la concentration en masse Cm (en g·L⁻¹) par C = Cm / M.

➔ Diluer consiste à prélever un volume Vprélevé d'une solution mère (trop concentrée) pour obtenir, après ajout de solvant, une solution fille moins concentrée. La quantité de matière de soluté ne change pas lors de l'opération : nprélevée = nfille, soit Cmère × Vprélevé = Cfille × Vfille.

➔ Le facteur de dilution F (sans unité, F > 1) indique combien de fois la solution a été diluée : F = Cmère / Cfille = Vfille / Vprélevé. Exemple : pour diluer 10 fois une solution, il faut prélever un dixième du volume final de solution mère et compléter avec du solvant.