La Mole et la Constante d’Avogadro
Applications de la Mole
La masse d’une mole de substance est appelée la masse molaire de cette substance. La masse molaire est utilisée pour convertir les grammes d’une substance en moles et est souvent utilisée en chimie. La masse molaire d’un élément se trouve dans le tableau périodique, et c’est le poids atomique de l’élément en grammes / mole (g / mol). Si la masse d’une substance est connue, le nombre de moles dans la substance peut être calculé. La conversion de la masse, en grammes, d’une substance en moles nécessite un facteur de conversion de (une mole de substance / masse molaire de substance).
Le concept de taupe s’applique également à la composition des composés chimiques. Par exemple, considérons le méthane, le CH4. Cette molécule et sa formule moléculaire indiquent que par mole de méthane il y a 1 mole de carbone et 4 moles d’hydrogène. Dans ce cas, la mole est utilisée comme une unité commune qui peut être appliquée à un rapport comme indiqué ci-dessous:
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Dans cette réaction chimique, les moles de H et O décrivent le nombre d’atomes de chaque élément qui réagissent pour former 1 mole de \(\ce{H_2O}\).
Pour réfléchir à ce que signifie une taupe, il faut la relier à des quantités telles que la douzaine ou la paire. Tout comme une paire peut signifier deux chaussures, deux livres, deux crayons, deux personnes ou deux de n’importe quoi d’autre, une taupe signifie 6,02214179×1023 de n’importe quoi. Utiliser la relation suivante:
\
est analogue à dire:
\
Il est assez difficile de visualiser une mole de quelque chose car la constante d’Avogadro est extrêmement grande. Par exemple, considérez la taille d’un seul grain de blé. Si tous les peuples qui ont existé dans l’histoire de la Terre ne faisaient que compter les grains de blé individuels pour toute leur vie, le nombre total de grains de blé comptés serait encore beaucoup moins que la constante d’Avogadro; le nombre de grains de blé produits tout au long de l’histoire ne s’approche même pas du nombre d’Avogadro.
Exemple \(\PageIndex{1}\): Conversion de la masse en moles
Combien de moles d’atomes de potassium (\(\ce{K}\)) sont dans 3,04 grammes de métal potassique pur?
Solution
Dans cet exemple, multipliez la masse de \(\ce{K}\) par le facteur de conversion (masse molaire inverse du potassium):
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39,10 grammes est la masse molaire d’une mole de \(\ce{K}\); annulez les grammes, en laissant les moles de \(\ce{K}\):
\
De même, si les moles d’une substance sont connues, le nombre de grammes dans la substance peut être déterminé. La conversion des moles d’une substance en grammes nécessite un facteur de conversion de la masse molaire de la substance / une mole de substance. Il suffit de suivre la même méthode mais dans la direction opposée.
Exemple \(\PageIndex{2}\): Conversion des moles en masse
Combien de grammes sont 10,78 moles de calcium (\(\ce{Ca}\))?
Solution
Multiplier les moles de Ca par le facteur de conversion (masse molaire de calcium) 40,08 g Ca / 1 mol Ca, ce qui permet alors l’annulation des moles, laissant des grammes de Ca.
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Le nombre total d’atomes dans une substance peut également être déterminé en utilisant la relation entre les grammes, les moles et les atomes. Si on lui donne la masse d’une substance et qu’on lui demande de trouver le nombre d’atomes dans la substance, il faut d’abord convertir la masse de la substance, en grammes, en moles, comme dans l’exemple \(\PageIndex{1}\). Ensuite, le nombre de moles de la substance doit être converti en atomes. La conversion des moles d’une substance en atomes nécessite un facteur de conversion de la constante d’Avogadro (6,02214179×1023) / une mole de substance. Vérifier que les unités s’annulent correctement est un bon moyen de s’assurer que la bonne méthode est utilisée.
Exemple \(\PageIndex{3}\): Atomes en masse
Combien d’atomes y a-t-il dans un échantillon de sodium (Na) de 3,5 g?
Solution
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Dans cet exemple, multipliez les grammes de Na par le facteur de conversion 1 mole Na / 22,98 g Na, 22,98 g étant la masse molaire d’une mole de Na, ce qui permet alors l’annulation des grammes, laissant des moles de Na . Ensuite, multipliez le nombre de moles de Na par le facteur de conversion 6.02214179×1023 atomes Na / 1 mol Na, avec 6,02214179×1023 atomes étant le nombre d’atomes dans une mole de Na (constante d’Avogadro), ce qui permet alors l’annulation des moles, laissant le nombre d’atomes de Na.
En utilisant la constante d’Avogadro, il est également facile de calculer le nombre d’atomes ou de molécules présents dans une substance (Tableau \(\PageIndex{1}\)). En multipliant le nombre de moles par la constante d’Avogadro, les unités molaires s’annulent, laissant le nombre d’atomes. Le tableau suivant fournit une référence pour les manières dont ces différentes grandeurs peuvent être manipulées:
| Known Information | Multiply By | Result |
|---|---|---|
| Mass of substance (g) | 1/ Molar mass (mol/g) | Moles of substance |
| Moles of substance (mol) | Avogadro’s constant (atoms/mol) | Atoms (or molecules) |
| Mass of substance (g) | 1/Masse molaire (mol/g) × Constante d’Avogadro (atomes/mol)) | Atomes (ou molécules) |
Exemple \(\PageIndex{4}\): Masse en moles
Combien de moles y a-t-il dans 3,00 grammes de potassium (K)?
Solution
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Dans cet exemple, multipliez la masse de K par le facteur de conversion:
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39,10 grammes est la masse molaire d’une mole de K. Les grammes peuvent être annulés, laissant les moles de K.
Exemple \(\PageIndex{5}\): Moles en masse
Combien de grammes y a-t-il dans 10,00 moles de calcium (Ca)?
Solution
Il s’agit du calcul dans l’exemple \(\PageIndex{2}\) effectué en sens inverse. Multiplier les moles de Ca par le facteur de conversion 40,08 g Ca / 1 mole Ca, 40,08 g étant la masse molaire d’une mole de Ca. Les moles s’annulent, laissant des grammes de Ca:
\
Le nombre d’atomes peut également être calculé en utilisant la constante d’Avogadro (6,02214179×1023) / une mole de substance.
Exemple \(\PageIndex{6}\): Masse en atomes
Combien d’atomes y a-t-il dans un échantillon de sodium (Na) de 3,0 g?
Solution
Convertir les grammes en moles
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Convertir les moles en atomes
\
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