Notions et calculs essentiels en chimie
Prérequis - rappels
Objectifs
RevoirI. Notations
Soit un élément chimique noté \({}_Z^AX\) avec A : nombre de masse et z : numéro atomique
Z correspond au nombre de protons et au nombre d'électrons de l'atome.
A = Z + n avec n : nombre de neutrons
Pour une molécule telle que \({S_2}O_3^{2 - }\), le nombre d'atomes est noté en indice et la charge en exposant.
II. Quantité de matière
La quantité de matière n est définie en mole. Une mole correspond à la quantité de matière qui contient autant d'entités élémentaires (atome, molécules, ions) qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone (isotope 12).
Une mole contient 6,02x1023 atomes. Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro et est noté \({N_A} = {6,02.10^{23}}\;mo{l^{ - 1}}\)
La masse molaire atomique représente la masse d'une mole d'atomes, elle s'exprime en \(g/mol\). La masse molaire d'une molécule est obtenue en additionnant les masses molaires des atomes en tenant compte de leur nombre respectif. La masse molaire est notée MM ou M suivant les ouvrages.
Pour l'état physique gazeux, le relation des gaz parfaits est fondamentale et est égale à \(PV = nRT\)
| P | pression en Pa |
| V | volume en m3 |
| n | nombre de moles |
| R | constante des gaz parfait - 8,31 J/mol/K |
| T | température en Kelvin |
Le calcul du nombre de moles se fait de manière différente en fonction de l'état physique de l'espèce considérée :
| État physique |
Données connues |
Calcul |
| solide |
masse m, masse molaire MM |
\(n = \frac{m}{{MM}}\) |
| gaz |
volume V, pression P et température T |
\(n = \frac{{PV}}{{RT}}\) |
| liquide pur |
volume V, masse volumique ?, pureté (100 %) |
\(n = \frac{{\rho V}}{{MM}}\) |
III. Composition des solutions
La teneur d'une solution en un soluté peut être exprimée de différentes manières.
| Teneur |
Définition |
Unité |
Notation |
Calcul |
| Concentration molaire |
nombre de mole de soluté contenu dans 1 L de solution |
mol/L |
[X] |
\(\left[ X \right] = \frac{n}{V}\) |
| Concentration pondérale |
masse de soluté contenue dans 1 L de solution |
g/mol |
Cp |
\({C_p} = \frac{m}{V}\) |
| Pourcentage massique | masse de soluté contenue dans 100 g de solution |
% |
% |
\(\% = \frac{{m\left( {solute } \right)}}{{100\;g\;\left( {sol} \right)}}\) |
et \({C_p} = \left[ X \right] \times MM\)
IV. Dilution
L’objectif d’une dilution est d’obtenir une solution finale (dite fille) dont la concentration est inférieure à celle de la solution initiale (souvent appelée solution mère) d’un facteur donné F.
Lors d'une dilution, il y a conservation du nombre de moles donc
\({n_{mère}} = {n_{fille}}\)
\({C_{mère}} \times {V_{mère}} = {C_{fille}} \times {V_{fille}}\)
\(F = \frac{{{C_{mère}}}}{{{C_{fille}}}} = \frac{{{V_{fille}}}}{{{V_{mère}}}} > 1\)
Voici un exemple d'une gamme de dilution d'une solution de permanganate de potassium (KMnO4) de la solution la plus concentrée (1) vers la solution la moins concentrée (6) et les données correspondantes.
|
N° d’échantillon |
Absorbance mesurée |
Concentration molaire |
|
|
1 |
1,254 |
1 |
4,83.10-4 |
|
2 |
0,756 |
1,66 |
2.90.10-4 |
|
3 |
0,626 |
2 |
2,42.10-4 |
|
4 |
0,315 |
4 |
1,21.10-4 |
|
5 |
0,156 |
8 |
0.60.10-4 |
|
6 |
0,130 |
10 |
0,48.10-4 |