1Écriture scientifique et puissances de dix
Définition. L’écriture scientifique d’un nombre est de la forme , où est un entier relatif et où est un décimal tel que . Elle permet de manipuler commodément les très petites masses des entités chimiques.
Remarque. Règles de calcul : et . Conversions utiles : ; ; .
2Masse d’une entité chimique
Propriété. La masse d’une molécule ou d’un ion est la somme des masses des atomes qui la constituent, chacun compté autant de fois qu’il apparaît dans la formule (la masse des électrons est négligeable) :
Remarque. Les masses des atomes sont toujours fournies, en kilogrammes. On peut aussi les estimer avec , où .
3Nombre d’entités d’un échantillon
Propriété. Le nombre d’entités contenues dans un échantillon est le quotient de la masse de l’échantillon par la masse d’une entité. C’est un nombre sans unité, toujours très grand :
4La mole et la quantité de matière
Définition. Compter les entités une par une est impossible : on les regroupe en paquets appelés moles. Une mole d’entités est un ensemble d’environ entités identiques. Le nombre d’entités par mole est la constante d’Avogadro .
Définition. La quantité de matière d’un échantillon est le nombre de moles d’entités qu’il contient. Elle s’exprime en mole, de symbole .
- Masse d’une entité : masses des atomes de la formule.
- Nombre d’entités : ( sans unité)
- Quantité de matière : et ( en )
- Constante d’Avogadro : .
Méthode — passer de la masse à la quantité de matière. enchaîner toujours les deux étapes, en convertissant d’abord toutes les masses dans la même unité :
Pour le trajet inverse ( connu, masse cherchée), on multiplie : .
; ; ; ; ; ; ; ; .
En Seconde, on ne dispose pas de la masse molaire : on passe toujours par la masse d’une entité et par le nombre d’entités . Un résultat est donné avec le même nombre de chiffres significatifs que la donnée la moins précise (en général deux ou trois) ; on garde la valeur non arrondie pour les calculs suivants.
5Savoir-faire du chapitre
- Écrire une masse en kilogramme, en écriture scientifique, et manipuler les puissances de dix.
- Calculer la masse d’une molécule ou d’un ion à partir de sa formule et des masses des atomes.
- Calculer le nombre d’entités d’un échantillon à partir de sa masse.
- Passer de à la quantité de matière , et réciproquement.
- Enchaîner masse nombre d’entités quantité de matière, et le trajet inverse.
- Vérifier la vraisemblance d’un résultat (ordre de grandeur, nombre de chiffres significatifs).
6Exemples types
Masse d’une molécule de dioxyde de carbone : .
Un échantillon contient de , soit . Nombre de molécules : , soit avec trois chiffres significatifs. Quantité de matière, calculée avec la valeur non arrondie de : .
Quelle masse d’eau correspond à ? (soit arrondi). Puis molécules, et, avec les valeurs non arrondies, , soit .
Un clou de fer a une masse . L’entité est ici l’atome de fer. , soit atomes avec deux chiffres significatifs, puis .
- Mélanger les unités dans : si la masse de l’entité est en kilogrammes, l’échantillon doit l’être aussi.
- Donner une unité à : c’est un nombre d’entités, il n’en a pas ; seule s’exprime en moles.
- Confondre et : pour quelques grammes de matière, est gigantesque (de l’ordre de à ), alors que va de quelques millièmes de mole à quelques moles.
- Multiplier par au lieu de diviser (ou l’inverse) : vérifier l’ordre de grandeur du résultat.
- Oublier les indices de la formule dans la masse d’une entité : .