===== Outils de description : mole, quantité de matière et masse molaire =====

==== Prérequis ====

Ce cours nécessite une bonne maîtrise des notions de base de la chimie acquises en seconde, notamment :

  * La composition des atomes (protons, neutrons, électrons)
  * La classification périodique des éléments et la détermination du numéro atomique et de la masse atomique.
  * Les formules chimiques et les équations chimiques.

Ce chapitre s'inscrit dans la progression annuelle de Première Générale en physique-chimie, après l'étude de la structure de la matière et avant l'approche des réactions chimiques.

==== Chapitre 1 : La mole, unité de quantité de matière ====

=== 1.1 Définition de la mole ===

En chimie, il est essentiel de pouvoir quantifier la matière. Pour cela, on utilise la **mole**, unité du **Système International (SI)** qui permet de dénombrer les entités élémentaires (atomes, ions, molécules…).

**Définition :** Une **mole** (symbole : mol) correspond à la quantité de matière contenant exactement <m>6.022 * 10^23</m> entités élémentaires. Ce nombre est appelé **nombre d'Avogadro**, noté <m>N_A</m>.

**Exemple :** 1 mole d'atomes de carbone contient <m>6.022 * 10^23</m> atomes de carbone. 1 mole de molécules d'eau contient <m>6.022 * 10^23</m> molécules d'eau.

=== 1.2 La quantité de matière ===

La **quantité de matière**, notée <m>n</m>, représente le nombre de moles d'entités élémentaires contenues dans un échantillon de matière. Son unité est la **mole (mol)**.

<m>n = (N) / (N_A)</m>

Où :

  * <m>n</m> est la quantité de matière en moles (mol)
  * <m>N</m> est le nombre d'entités élémentaires
  * <m>N_A</m> est le nombre d'Avogadro (<m>6.022 * 10^23 mol^{-1}</m>)

**Exemple :** Un échantillon contient <m>1.8066 * 10^24</m> atomes de fer. Quelle est sa quantité de matière ?

<m>n = (1.8066 * 10^24) / (6.022 * 10^{23)} = 3 mol</m>

=== 1.3 Exercice corrigé 1 ===

**Enoncé :** Un échantillon d'eau contient <m>3.011 * 10^23</m> molécules d'eau. Calculer la quantité de matière d'eau présente dans cet échantillon.

**Correction :**

On utilise la formule : <m>n = (N) / (N_A)</m>

<m>n = (3.011 * 10^23) / (6.022 * 10^{23)} = 0.5 mol</m>

L'échantillon contient 0,5 mole d'eau.

==== Chapitre 2 : Masse molaire ====

=== 2.1 Définition de la masse molaire ===

La **masse molaire**, notée <m>M</m>, représente la masse d'une mole d'entités élémentaires. Son unité est le **gramme par mole (g/mol)**. La masse molaire d'un élément est numériquement égale à sa masse atomique relative trouvée dans le tableau périodique.

**Exemple :** La masse molaire du carbone (C) est de 12,0 g/mol. Cela signifie qu'une mole d'atomes de carbone a une masse de 12,0 g.

=== 2.2 Calcul de la masse molaire d'une molécule ===

Pour calculer la masse molaire d'une molécule, on additionne les masses molaires atomiques de tous les atomes qui la composent.

**Exemple :** Calculons la masse molaire de l'eau (<m>H_2O</m>) :

<m>M(H_2O) = 2 * M(H) + M(O) = 2 * 1.0 + 16.0 = 18.0 g.mol^-1</m>

=== 2.3 Exercice corrigé 2 ===

**Enoncé :** Calculer la masse molaire du dioxyde de carbone (<m>CO_2</m>).

**Correction :**

<m>M(CO_2) = M(C) + 2 * M(O) = 12.0 + 2 * 16.0 = 44.0 g.mol^-1</m>

==== Chapitre 3 : Relation entre quantité de matière, masse et masse molaire ====

La quantité de matière, la masse et la masse molaire sont liées par la relation suivante :

**<m>m = n * M</m>**

Où :

  * <m>m</m> est la masse en grammes (g)
  * <m>n</m> est la quantité de matière en moles (mol)
  * <m>M</m> est la masse molaire en grammes par mole (g/mol)

==== Chapitre 4 : Concentration en quantité de matière ====

La **concentration en quantité de matière**, notée <m>C</m>, exprime la quantité de matière de soluté dissoute dans un volume donné de solution. Son unité est la **mole par litre (mol/L)**, souvent abrégée en **M** (molaire).

<m>C = (n) / (V)</m>

Où :

  * <m>C</m> est la concentration en quantité de matière en mol/L
  * <m>n</m> est la quantité de matière de soluté en mol
  * <m>V</m> est le volume de la solution en litres (L)

==== Chapitre 5 : Dilution et dissolution ====

La **dissolution** est le processus de mélange d'un soluté (solide, liquide ou gazeux) dans un solvant (généralement un liquide) pour former une solution homogène. La **dilution** consiste à diminuer la concentration d'une solution en ajoutant du solvant.

Lors d'une dilution, la quantité de matière du soluté reste constante. On a donc :

<m>n_1 = n_2</m>

<m>C_1 * V_1 = C_2 * V_2</m>

Où :

  * <m>C_1</m> et <m>V_1</m> sont respectivement la concentration et le volume initiaux de la solution
  * <m>C_2</m> et <m>V_2</m> sont respectivement la concentration et le volume finaux de la solution

==== Résumé ====

  * **Mole (mol):** Unité de quantité de matière contenant <m>6.022 * 10^23</m> entités élémentaires.
  * **Nombre d'Avogadro (<m>N_A</m>):** <m>6.022 * 10^23 mol^{-1}</m>
  * **Quantité de matière (n):** <m>n = (N) / (N_A)</m> (en mol)
  * **Masse molaire (M):** Masse d'une mole d'entités (en g/mol)
  * **Relation masse-quantité de matière-masse molaire:** <m>m = n * M</m>
  * **Chapitre 1:** Définition de la mole et de la quantité de matière, calcul de la quantité de matière à partir du nombre d'entités.
  * **Chapitre 2:** Définition de la masse molaire, calcul de la masse molaire d'un élément et d'une molécule.
  * **Chapitre 3:** Relation fondamentale entre la masse, la quantité de matière et la masse molaire.
  * **Chapitre 4:** Définition de la concentration en quantité de matière et son calcul.
  * **Chapitre 5:** Définition de la dissolution et de la dilution, utilisation de la relation <m>C_1V_1 = C_2V_2</m> pour les dilutions.