La quantité de matière et les solutions (La santé, Le sport) - 2nde - Formulaire Physique-Chimie

Mole

Une mole est un "paquet" de 6,02 x 10²³ entités (atomes, molécules, ions, etc.).

Constante d'Avogadro

La constante d'Avogadro, notée N_A, est le nombre d'entités par mole :

N_{A} = 6{,}02\times 10^{23} mol⁻¹

Quantité de matière

La quantité de matière, notée n, est la grandeur utilisée pour spécifier un nombre d'entités microscopiques (atomes, molécules, ions, etc.). Son unité est la mole (mol).

Masse molaire atomique

La masse molaire atomique d'un élément chimique, notée M, est la masse d'une mole de cet élément. Elle s'exprime en g.mol⁻¹.

Masse molaire moléculaire

La masse molaire moléculaire d'une molécule, notée M, est la masse d'une mole de cette molécule. Elle est égale à la somme des masses molaires atomiques des éléments qui composent la molécule et s'exprime donc, elle aussi, en g.mol⁻¹.

Volume molaire des gaz

Le volume molaire des gaz, noté V_m, est le volume occupé par une mole de gaz. Il s'exprime en L.mol⁻¹, ne dépend pas de la nature du gaz mais de la pression et de la température.

Solution

Une solution est constituée d'au moins un soluté dissout dans un solvant.

Solvant

Le solvant est l'espèce sous forme liquide dans laquelle on dissout une autre espèce.

Soluté

Le soluté est l'espèce chimique qui est dissoute.

Solution aqueuse

Une solution aqueuse est une solution dont le solvant est de l'eau.

Solution saturée

Une solution est dite saturée lorsqu'on n'arrive plus à dissoudre le soluté dans le solvant.

Concentration molaire

La concentration molaire, notée C, d'un soluté indique sa quantité de matière par litre de solvant. Elle est égale au rapport de sa quantité de matière n_soluté par le volume de la solution V_solution et s'exprime en mol.L⁻¹:

C=\dfrac{n_{soluté}}{V_{solution}}

Concentration massique

La concentration massique, notée C_m, d'un soluté indique sa masse par litre de solvant. Elle est égale au rapport de sa masse m_soluté par le volume de solvant V_solution et s'exprime en g.L⁻¹:

C_m=\dfrac{m_{soluté}}{V_{solution}}

Relation entre concentration massique et concentration molaire

La concentration massique C_m d'une espèce en solution est égale au produit de sa concentration molaire C par sa masse molaire M :

C_{m \left(g.L^{-1}\right)} = C_{\left(mol.L^{-1}\right)}. M_{\left(g.mol^{-1}\right)}

Détermination de la quantité de matière

Paramètre	Formule donnant la quantité de matière	Grandeur utile
Le nombre N d'entités présentes dans un échantillon	n_{\left(mol\right)} = \dfrac{N}{N_A\left(mol^{-1}\right)}	N_A est la constante d'Avogadro : N_A = 6{,}02 \times 10^{23} mol⁻¹
La masse m d'un solide ou d'un liquide	n_{\left(mol\right)} = \dfrac{m_{\left(g\right)}}{M_{\left(g.mol^{-1}\right)}}	M est la masse molaire de l'espèce.
Le volume V d'un solide ou d'un liquide	n_{\left(mol\right)}=\dfrac{\rho_{\left(g.L^{-1}\right)}. V_{\left(L\right)}}{M_{\left(g.mol^{-1}\right)}}	p est la masse volumique du solide ou du liquide.
Le volume V d'un gaz	n_{\left(mol\right)} = \dfrac{V_{\left(L\right)}}{V_{m \left(L.mol^{-1}\right)}}	V_m est le volume molaire des gaz : Sous 1013 hPa et à 20°C, V_m= 24,0 L.mol⁻¹
Le volume V d'une solution	n_{\left(mol\right)} = C_{\left(mol.L^{-1}\right)} \times V_{\left(L\right)}	C est la concentration de la solution.

Échelle de teinte

Une échelle de teinte est un ensemble de solutions colorées (contenant le même soluté) de concentrations connues croissantes, permettant d'encadrer la concentration d'une autre solution par comparaison de sa teinte.

Détermination de la masse de soluté à dissoudre

La masse m de soluté à dissoudre est déterminée à partir de la concentration et du volume de la solution à préparer et de la masse molaire du soluté :

m_{\left(g\right)} = n_{\left(mol\right)} \times M_{\left(g.mol^{-1}\right)} = C_{\left(mol.L^{-1}\right)} \times V_{\left(L\right)} \times M_{\left(g.mol^{-1}\right)}

Dilution

On effectue une dilution en ajoutant de l'eau distillée à une solution déjà existante ce qui a pour effet de diminuer sa concentration.

Solutions mère et fille

La solution mère est la solution que l'on dilue.
La solution fille est la solution obtenue après la dilution.

Détermination du volume de solution mère à prélever à partir de la concentration et du volume de solution fille

Lors de la dilution, la quantité de matière de soluté est conservée, on a donc :

n_{mère} = n_{fille} \Leftrightarrow C_{mère} \times V_{mère} = C_{fille} \times V_{fille}

Le volume de solution mère à prélever est donc :

V_{mère \left(L\right)} = \dfrac{C_{fille \left(mol.L^{-1}\right)} \times V_{fille \left(L\right)}}{C_{mère\left(mol.L^{-1}\right)}}

Facteur de dilution

Le facteur de dilution F_dest le rapport de la concentration de la solution mère par celle de la solution fille :

F_{d} = \dfrac{C_{mère}}{C_{fille}}

C'est une grandeur sans unité, supérieure à 1.

Diluer une solution "x" fois, signifie diviser la concentration de la solution mère par x et que le facteur de dilution vaut x.

Détermination du volume de solution mère à prélever à partir du facteur de dilution

On a V_{mère \left(L\right)} = \dfrac{C_{fille \left(mol.L^{-1}\right)} \times V_{fille \left(L\right)}}{C_{mère\left(mol.L^{-1}\right)}} et F_{d} = \dfrac{C_{mère}}{C_{fille}}, le volume de solution mère à prélever est donc :

V_{mère \left(L\right)} = \dfrac{V_{fille \left(L\right)}}{F_{d}}

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