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Nous traitons les atomes de la même façon ! Pour savoir combien d'atomes se trouvent dans un échantillon, nous pouvons relier la masse de l'échantillon au nombre d'atomes. Cependant, nous devons d'abord connaître la masse moyenne de chaque atome.
Dans cet article, nous verrons comment les chimistes mesurent et regroupent les masses des atomes et des molécules.
- Cet article a pour sujet les moles et la masse molaire
- Tout d'abord, nous définirons ce qu'est une mole et nous expliquerons pourquoi cette unité est utilisée
- Ensuite, nous expliquerons les concepts de masse atomique et de masse molaire et les différences entre les deux.
- Ensuite, nous expliquerons le concept de masse moléculaire et les différences entre cette masse et la masse molaire.
- Enfin, nous examinerons le lien entre la masse molaire et le point d'ébullition.
La mole
Comment les chimistes peuvent-ils mesurer les choses lorsque tout est composé d'atomes différents et, pour compliquer les choses, d'isotopes différents de ces atomes ? Avec des taupes, bien sûr ! Pas avec le petit mammifère souterrain (bien qu'il soit mignon), mais avec l'unité taupe.Une mole est une unité utilisée pour désigner le nombre de particules, d'atomes et de composés. Elle correspond à 6,022x1023 unités d'une substance, ce qui est lenombre d'Avogadro (d'après le chimiste italien Amedeo Avogadro).
Les atomes sont incroyablement petits, donc si tu essayais de compter le nombre d'atomes dans une goutte d'eau, tu en aurais pour un moment . Lesmoles sont utilisées pour compter les atomes/molécules en "paquets", comme nous comptons les œufs par douzaine.
Masse atomique et masse molaire
Lorsque nous mesurons des choses en vrac en grammes, nous nous référons à la masse molaire .
La masse mol aire est la masse d'une substance (en grammes) divisée par la quantité de cette substance (en moles). La masse molaire est la moyenne des poids, qui varient généralement en raison des isotopes. La formule est $$M=\frac{m}{n}\,\,\text{où m est la masse et n le nombre de moles}$$.
Lesisotopes sont des éléments ayant le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. (Ex : le carbone 14 a 6 protons et 8 neutrons, tandis que le carbone 12 a 6 protons et 6 neutrons).
Le poids atomique d'un élément est une moyenne du poids de ses isotopes en fonction de leur abondance relative (ex : si le chlore-37 représente 24,33% de tous les atomes de chlore, alors il représente ce pourcentage du poids atomique).
Le poids atomique est la masse indiquée en amu (unités de masse atomique) sous un élément dans le tableau périodique. Il est courant que l'on parle de masse atomique, même s'il s'agit de quelque chose de légèrement différent (je sais que c'est déroutant).
À titre d'exemple, voici à quoi ressemble le lithium dans le tableau périodique.
Lenuméro atomique (nombre de protons) est indiqué en haut, le symbole de l'élément au centre et le poids atomique en bas. Comment ce numéro a-t-il été déterminé ? Le poids atomique est déterminé en prenant l'abondance et la masse connues de chaque isotope et en résolvant la moyenne.
Pour le lithium, il existe deux isotopes : Lithium-6 (7,59 %) et Lithium-7 (92,41 %). Nous pouvons donc calculer la masse atomique : $$(7,59\%*6,015\,amu)+(92,41\%*7,016\,amu)=6,94\,amu$$.
Qu'est-ce que la masse atomique, alors ?
La masse atomique est la masse d'un seul atome/isotope. Elle se calcule en additionnant le nombre de protons et de neutrons (les électrons sont considérés comme trop légers et sont négligeables).
Lorsque nous avons calculé la masse atomique, nous avons utilisé les masses atomiques de chaque isotope. Par exemple, lorsque nous parlons de lithium-6, nous parlons de l'isotope spécifique dont la masse atomique est de 6,015 amu. Cependant, lorsque nous parlons du lithium dans son ensemble(moyenne pondérée des deux isotopesconnus ), nous nous référons à sa masse atomique de 6,94 amu.
N'oublie pas que tu peux trouver des sources qui font référence au poids atomique comme à la masse atomique, mais garde à l'esprit la différence, pour ne pas te tromper !
Différence entre masse molaire et masse atomique
Pour résumer, la masse molaire est un terme générique qui fait référence aux masses moyennes d'un élément par mole (poids atomique) ou d'un composé par mole (poids moléculaire). La masse atomique ne fait pas partie de la masse molaire puisqu'il ne s'agit pas d'une moyenne, mais de la masse d'un seul élément/isotope.
Masse moléculaire et masse molaire
À l'aide des masses atomiques, nous pouvons calculer la masse moléculaire.
La masse moléculaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule.
La masse moléculaire est différente du poids moléculaire.
Le poids moléculaire est la somme des poids atomiques des éléments présents dans la molécule.
Comme je l'ai déjà mentionné, la masse atomique et le poids atomique sont souvent utilisés de façon interchangeable, donc la masse molaire, la masse moléculaire ET le poids moléculaire sont également souvent utilisés de façon interchangeable. Le contexte et les questions doivent donc être clairs lorsque l'on discute de ces termes ! Fais toujours attention en lisant les manuels et les problèmes pour voir si lorsque la "masse moléculaire" est mentionnée, ils veulent en fait dire "masse moléculaire" ou s'ils veulent dire "poids moléculaire" à la place.
Pour t'y habituer, si j'utilise un terme avec sa définition originale, il sera en vert, si je l'utilise avec sa définition courante, il sera en rouge.
Le poids moléculaire de l'eau peut être calculé en additionnant les masses atomiques des éléments qu'elle contient. L'eau est composée de 2 hydrogènes et d'un oxygène, et la masse atomique de l'hydrogène est de 1,01 g/mol et la masse atomique de l'oxygène est de 16,00 g/mol. La masse moléculaire serait donc : $$(2*1.01\frac{g}{mol})+16.00\frac{g}{mol}=18.02\frac{g}{mol}$$
Il est important de se rappeler que les poids atomiques utilisés dans les calculs ci-dessus sont des moyennes pour leur élément respectif. La valeur que nous avons calculée représente donc une masse moléculaire moyenne pour une molécule d'eau donnée. Il existe 2 isotopes stables pour l'hydrogène et 3 pour l'oxygène, ce qui fait que la masse moléculaire exacte d'une molécule d'eau peut varier considérablement !
Différence entre la masse molaire et la masse moléculaire
La quantité d'échanges entre les termes peut rendre difficile de faire la différence entre eux. La principale chose à retenir est que la masse moléculaire est la masse de cette instance spécifique de la molécule, tandis que la masse molaire est la moyenne de toutes les instances de cette molécule en fonction de leur abondance. La masse moléculaire est le terme synonyme de masse molaire.
Graphique montrant la relation entre les termes. StudySmarter Original.
Masse molaire et point d'ébullition
Plusieurs facteurs influent sur le point d'ébullition d'une substance, l'un d'entre eux étant la masse molaire. En général, plus la masse molaire est importante, plus le point d'ébullition est élevé.
Le point d'ébullition dépend également de la masse atomique. Comme les isotopes ont des masses différentes, ils auront aussi des points d'ébullition différents. Comme pour la tendance générale, plus la masse atomique est élevée, plus le point d'ébullition est élevé.
Les molécules suivent la même tendance générale, mais ce n'est pas parce qu'une molécule est plus lourde qu'elle aura nécessairement un point d'ébullition plus élevé. Par exemple, le point d'ébullition de l'éthanol (CH3CH2OH, masse molaire = 46,07 g/mol) est de 78,4 °C, alors que celui de l'eau (masse molaire = 18,02 g/mol) est de 100 °C. Cela est dû aux forces intermoléculaires, qui sont les forces qui existent entre les molécules. Plus ces forces sont fortes, plus les molécules ont du mal à "s'éloigner" les unes des autres et à passer en phase gazeuse.
Il est plus précis de comparer les masses molaires de molécules similaires, comme dans le graphique ci-dessous :
Relation entre la masse molaire et le point d'ébullition pour différents types de molécules. Wikimedia Commons.
Nous voyons ici que lorsque les molécules sont dans la même "classe", une augmentation de la masse molaire signifie une augmentation du point d'ébullition.
Moles et masse molaire - Ce qu'il faut retenir
Une mole est une unité utilisée pour désigner le nombre de particules, d'atomes et de composés. Elle correspond à 6,022×1023 unités d'une substance. Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro.
La masse molaire est la masse d'une substance (en grammes) divisée par la quantité de cette substance (en moles). La masse molaire est la moyenne des poids, qui varient généralement en raison des isotopes. La formule est $$M=\frac{m}{n}\,\,\text{où m est la masse et n le nombre de moles}$$.
Le poids atomique d'un élément est une moyenne du poids de ses isotopes par rapport à leurs abondances relatives.
La masse atomique est la masse d'un seul atome/isotope. Elle se calcule en additionnant le nombre de protons et de neutrons (les électrons sont considérés comme trop légers et sont négligeables).
La masse moléculaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule. Tandis que la masse molaire est la somme des masses atomiques des éléments présents dans la molécule.
Pour les éléments, plus la masse molaire est importante, plus le point d'ébullition est élevé. Les molécules de même type suivent cette tendance.
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