Grandeurs utilisées en chimie
1) La masse molaire
En chimie, la quantité de matière est utilisée pour manipuler de très grands nombres d’entités chimiques dans les bonnes proportions et contrôler les réactions chimques.
La quantité de matière n, est une grandeur qui s’exprime en mole.
Une mole de matière aura une masse différente en fonction des entités chimiques concernées.
Pour chacun des éléments, la masse d’une mole d’atomes est indiquée dans le tableau périodique.
On dit que chaque élément possède sa propre masse molaire.
La masse molaire est une grandeur physique que l’on note M et qui s’exprime en grammes par mole.
Pour calculer la masse molaire d’une molécule, il faut faire la somme des masses molaires de chaque atome qui la constitue.
Si l’on connaît la masse m d’un échantillon de matière, il est possible en se servant de la valeur de la masse molaire de l’atome qui constitue cette matière, de déterminer la quantité de matière correspondante de l’échantillon.
Pour évaluer la quantité de matière d’un corps pur simple comme un métal, il suffit d’appliquer cette relation en utilisant la masse molaire de l’élément concerné.
Pour évaluer la quantité de matière d’un corps pur composé, il faut appliquer la relation en calculant au préalable la masse molaire moléculaire de l’espèce chimique concernée.
Pour évaluer la quantité de matière des constituants d’un mélange, il faut tenir compte des proportions de chacune des espèces présentes.
2) Le volume molaire
Le volume molaire Vm est le volume occupé par un gaz pour une pression donnée.
Il peut varier en fonction des conditions de pression et de température mais pas en fonction de la nature du gaz.
Le volume occupé par une mole de gaz, à température ambiante (25 degrés Celcius) et dans des conditions de pression atmosphérique normales (1 bar), est de 24,5 L.
Dans des conditions de pression et de température connues, il est possible de calculer la quantité de matière n, d’un échantillon de gaz de volume V en utilisant la relation suivante :
3) La concentration molaire
La concentration molaire (ou concentration en quantité de matière) indique la quantité de matière dissoute par litre de solution.
La concentration molaire se note C et s’exprime en mole par litre.
Le plus souvent, on souhaite élaborer par dissolution une solution ayant une certaine concentration molaire.
Pour cela, il faut au préalable déterminer la masse de soluté qui correspond à la quantité de matière nécessaire pour obtenir la concentration molaire voulue.
Lorqu’une solution est trop concentrée, on peut réaliser une dilution pour obtenir une solution fille de concentration inférieure.
Si l’on connaît la concentration de la solution initiale ainsi que la concentration et le volume souhaité pour la solution finale, il est possible de déterminer le volume de solution à prélever.
4) L'Absorbance
L’absorbance est une grandeur physique sans unité qui dépend de la capacité d’une solution à absorber la lumière qui la travers.
Plus une solution est foncée, plus elle est capable d’absorber de la lumière et plus la valeur de son absorbance est élevée.
Les solutions incolore ont une absorbance nulle car elles ne peuvent pas absorber la lumière.
L’absorbance est une grandeur directement liée à la concenration par la loi de Beer-Lambert :
Il est possible de mesurer l’absorbance d’une solution de manière expérimentale grâce à un spectophotomètre.
Lorsque l’on connaît les concentrations molaires de plusieurs solutions et qu’on en mesure les différentes valeurs d’absorbances, on est capble de tracer une courbe d’étalonnage.
La courbe d’étalonnage étant une fonction lineaire, il est possible de déterminer la valeur de k à la définition mathématique du coefficient directeur.
Le coefficient k dépend de l’épaisseur de la solution traversée et du coefficient d’absorption molaire de la solution. Il s’exprime en litre par mole.
La valeur de l’absorbance dépend des longueurs d’ondes de la lumière blanche qui sont absorbées par la solution.
Le spectrophotomètre est reglé pour donner la valeur d’absorbance qui correspond au pic de longueur d’onde obtenu avec la solution la plus concentrée.
Un cercle chromatique permet de déterminer quelles vont être les longueurs d’onde absorbées par une solution colorée (les longuers d’ondes sont situées à l’opposée du cercle).
Réciproquement il permet de deviner la couleur d’une solution qui absorbe certaines longueurs d’onde. (La couleur de la solutionse trouve à l’opposée des longueurs d’ondes absorbée)
