Principes fondamentaux de la chimie : lois et mesures
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Lois de la stœchiométrie
La loi de conservation de la masse, ou loi de conservation de la matière, ou loi de Lomonossov-Lavoisier : dans une réaction chimique ordinaire, la masse reste constante, c'est-à-dire que la masse des réactifs consommés est égale à la masse des produits obtenus.
La loi de Dalton, ou loi des proportions multiples, formulée en 1803 par John Dalton, est l'une des lois stœchiométriques les plus fondamentales. Elle a été démontrée par le chimiste et physicien français Louis Joseph Gay-Lussac.
La loi des proportions équivalentes, également appelée loi des poids de combinaison, loi de réciprocité des proportions ou loi de Richter-Wenzel : les poids des différents éléments qui se combinent avec un même poids d'un élément donné sont dans les mêmes rapports que les poids avec lesquels ces éléments se combinent entre eux, ou sont des multiples ou des fractions de ces poids.
Le volume molaire et la mole
Le volume molaire d'une substance, symbolisé par Vm[1], est le volume d'une mole de celle-ci. L'unité du Système international d'unités est le mètre cube par mole : m3·mol-1.
Une mole d'une substance contient 6,022 × 1023 particules.[2] Dans le cas d'une mole de gaz moléculaire, elle contient NA molécules. Il s'ensuit, en tenant compte de la loi d'Avogadro, qu'une mole de toute substance gazeuse occupera toujours le même volume (mesuré dans les mêmes conditions de pression et de température).
Expérimentalement, il a été montré que le volume occupé par une mole de n'importe quel gaz parfait dans des conditions normales (pression = 1 atm, température = 273,15 K = 0 °C) est de 22,4 litres.[3] Cette valeur est connue sous le nom de volume molaire d'un gaz normal.
Cette valeur correspond au volume molaire dit du gaz parfait. Les gaz ordinaires n'étant pas parfaits (les molécules ont un certain volume, même minime), leur volume molaire s'écarte légèrement de cette valeur. Ainsi, les volumes molaires de certains gaz sont :
- Le monoxyde de carbone (CO) = 22,4 L.
- Le dioxyde de soufre (SO2) = 21,9 L.
- Le dioxyde de carbone (CO2) = 22,3 L.
Dans le cas de substances à l'état liquide ou solide, le volume molaire est beaucoup plus petit et différent pour chaque substance. Par exemple :
- Pour l'azote liquide (-210 °C), le volume molaire est de 34,6 cm3.
- Pour l'eau liquide (4 °C), le volume molaire est de 18,0 cm3.
Masse atomique et masse moléculaire
La masse atomique (ma) est la masse d'un atome, le plus souvent exprimée en unités de masse atomique unifiée.[1] La masse atomique peut être considérée comme la masse totale des protons et des neutrons dans un atome (lorsque l'atome est au repos). La masse atomique est parfois utilisée à tort comme synonyme de masse atomique relative, de masse atomique moyenne et de poids atomique, bien que ceux-ci diffèrent subtilement de la masse atomique. La masse atomique est définie comme la masse d'un atome, qui ne peut être que d'un seul isotope à la fois, et n'est pas une moyenne pondérée des abondances des isotopes.
La mole (symbole : mol) est l'unité qui mesure la quantité de matière, l'une des sept grandeurs physiques fondamentales du Système international.
| 1 mol = 6,022 141 79 (30) × 1023 |
La masse moléculaire relative est un nombre qui indique combien de fois la masse d'une molécule d'une substance est plus grande que l'unité de masse atomique. Son unité est le dalton ou unité de masse atomique, abrégée u (anciennement uma).
La masse moléculaire est déterminée par la somme des masses atomiques relatives des éléments dont les atomes forment une molécule de cette substance. Bien que l'on parle couramment de poids moléculaire, le terme correct est masse moléculaire. La masse molaire d'une substance coïncide numériquement avec la masse moléculaire, même si elles sont de natures différentes.
La formule de calcul est la suivante : % d'élément X = [(n atomes de X) · Ar(X) / Mr] * 100 %
La masse moléculaire est calculée en additionnant les masses atomiques des éléments de la molécule. Ainsi, dans le cas de la molécule d'eau, H2O, sa masse moléculaire est :
(Masse atomique de H : 1,00797, masse atomique de O : 15,9994)
Elle est multipliée par 2, puisque la molécule d'eau contient 2 atomes d'hydrogène (H).