Manuel Le Livre Scolaire (2de)
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⚛️ 1. Les Entités Chimiques
Une entité chimique est le plus petit composant indissociable et indépendant d'un corps pur. Toute matière — solide, liquide, gazeuse, minérale ou organique — est composée d'entités chimiques, les unités de base de la chimie.
Au niveau lycée, on distingue trois sortes d'entités chimiques :
Entité électriquement neutre composée d'un noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons. C'est la brique fondamentale de la matière.
Association d'au moins deux atomes liés par des liaisons covalentes, électriquement neutre. Exemple : H₂O, CO₂, C₁₂H₂₂O₁₁.
Atome ou groupe d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons, donc porteur d'une charge électrique. Exemple : Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻.
⚖️ 2. Masse d'une Entité Chimique
La masse d'une entité chimique s'obtient en additionnant les masses de tous les atomes qui la constituent.
Masses des atomes courants :
| Atome | Hydrogène (H) | Carbone (C) | Oxygène (O) |
|---|---|---|---|
| Masse (kg) | 1,66 × 10−27 | 2,66 × 10−26 * | 2,67 × 10−26 |
* valeur du cours sur le saccharose. Le cours note également mO = 2,7 × 10−26 kg et mH = 1,7 × 10−27 kg (valeurs à 2 chiffres significatifs).
mH₂O = 2 × mH + mO
mH₂O = 2 × 1,7 × 10⁻²⁷ + 2,7 × 10⁻²⁶
mH₂O = 3,0 × 10⁻²⁶ kg
Masse d'une entité = somme des masses de tous ses atomes.
Les masses individuelles des atomes sont de l'ordre de 10−27 à 10−26 kg — des valeurs extrêmement petites, inutilisables directement pour « peser » de la matière à notre échelle.
🔢 3. Nombre d'Entités dans un Échantillon
Dans un échantillon de corps pur de masse m, constitué d'entités de masse mentité, le nombre N d'entités présentes est :
N est un nombre sans unité. Les grandeurs m et mentité doivent être exprimées dans la même unité (toutes deux en kg, ou toutes deux en g, etc.).
Données : V = 0,25 L ; ρeau = 1,0 kg·L−1 ; mH₂O = 3,0 × 10−26 kg
m = ρ × V = 1,0 × 0,25 = 0,25 kg
N = m / mH₂O = 0,25 / (3,0 × 10⁻²⁶)
N ≈ 8,3 × 10²⁴ molécules
Un simple verre d'eau contient plus de 8 000 milliards de milliards de molécules !
🧪 4. Quantité de Matière et Mole
La quantité de matière est la grandeur utilisée pour compter un nombre important d'entités microscopiques. Elle s'exprime en mole (mol), unité du Système International.
L'idée est la même qu'au quotidien : on regroupe les entités en paquets standardisés pour faciliter le comptage — comme les œufs par douzaines ou les feuilles de papier par ramettes de 500.
Une mole d'entités correspond exactement à un paquet de 6,022 140 76 × 10²³ entités.
Ce nombre immense s'appelle la constante d'Avogadro, notée NA.
📐 5. La Constante d'Avogadro
Le nombre d'entités par mole est une constante universelle, appelée constante d'Avogadro et notée NA.
Sa valeur exacte (définie depuis 2019) :
NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹
C'est le nombre d'entités (atomes, molécules ou ions) contenues dans exactement une mole d'une substance.
🔗 6. Relier Quantité de Matière et Nombre d'Entités
Le nombre N d'entités et la quantité de matière n sont liés par la relation :
où n est la quantité de matière en mol, N est le nombre d'entités (sans unité) et NA est la constante d'Avogadro en mol−1.
On peut aussi écrire : N = n × NA
Exprimée en mole (mol). C'est la grandeur macroscopique qui compte des entités microscopiques à notre échelle.
Nombre entier sans unité. Toujours un nombre gigantesque pour des quantités de matière ordinaires.
Valeur exacte définie, 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹. C'est le « facteur de conversion » entre N et n.
Données : m = ρ × V = 1,0 × 0,25 = 0,25 kg ; mH₂O = 3,0 × 10−26 kg
N = m / mH₂O ≈ 8,3 × 10²⁴
neau = N / NA = (8,3 × 10²⁴) / (6,02 × 10²³)
neau ≈ 13,8 mol
Chaque molécule H₂O contient 2 atomes H et 1 atome O. Donc :
nH = 2 × neau ≈ 2 × 13,8 ≈ 27,6 mol
nO = 1 × neau ≈ 13,8 mol
🍬 7. Application : le Saccharose
Le sucre blanc ordinaire est du saccharose, de formule brute C₁₂H₂₂O₁₁.
Un sucre n° 4 (le plus courant) : la boîte d'un kilogramme contient 4 morceaux dans sa largeur × 14 dans sa longueur × 3 couches, soit 4 × 14 × 3 = 168 morceaux par kilogramme.
Masse d'un morceau : m = 1 000 g / 168 ≈ 5,95 g par morceau.
| Atome | H | C | O |
|---|---|---|---|
| Masse (kg) | 1,66 × 10−27 | 2,66 × 10−26 | 1,99 × 10−26 |
| Nb d'atomes dans C₁₂H₂₂O₁₁ | 22 | 12 | 11 |
msaccharose = 12 × mC + 22 × mH + 11 × mO
= 12 × 2,66×10⁻²⁶ + 22 × 1,66×10⁻²⁷ + 11 × 1,99×10⁻²⁶
≈ 3,19×10⁻²⁵ + 3,65×10⁻²⁶ + 2,19×10⁻²⁵
≈ 5,74 × 10⁻²⁵ kg par molécule
Quantité de matière dans un morceau (≈ 5,95 g = 5,95 × 10⁻³ kg) :
n = m / (msaccharose × NA) = (5,95×10⁻³) / (5,74×10⁻²⁵ × 6,02×10²³)
n ≈ (5,95×10⁻³) / (0,345) ≈ 0,0172 mol ≈ 17,2 mmol