molaires (notions)

Les GRANDEURS MOLECULAIRES (en abrégé MOLAIRES)

concernent un paquet de molécules

Quand le paquet de molécules est énorme, on est dans la zone macroscopique

S'il y en a très peu, on est dans la zone microscopique

Quand on est dans une zone où il n'y a pas trop de molécules, on est dans une zone mésoscopique

 

Ce paquet de molécules est nommé quantité de matière (défini par le nombre d’Avogadro)

C'est une notion informelle symbolisée N, et dont l'unité    

est la mole ou molécule-gramme -en abrégé "mol"-

 

DENSITÉ MOLAIRE VOLUMIQUE

C'est une quantité de matière répartie dans un certain volume

Equation aux dimensions structurelles :N.L -3       Symbole : B'      

Unité S.I.+ : mol/m3

B'(mol/m3)= q(mol) / V(m3)

 

MASSE MOLÉCULAIRE

Une molécule comporte un certain nombre d’atomes, donc la masse moléculaire (mm) a la même définition que la masse atomique, mais généralisée à un ensemble d’atomes (composant une molécule) Synonyme = masse molaire

C'est la masse unitaire d'un corps, comparée à la (quantité de matière unitaire) qu'elle comporte

Nota : le poids moléculaire est une terminologie archaïque, datant de l'époque ou l'on confondait abusivement poids et masse

Dimension de la masse atomique  M.N-1      Symbole m'm      

Unité S.I.+ kg/mol et unité d'usage : le gramme par mole (g/mol) 1000 fois plus petite que le kg/mol

mm= nf.A.u.NA

où mm (kg/mol) = masse molaire d'un corps

nf est l’atomicité (nombre, égal à 2, 3....n, si les molécules sont bi, tri...polyatomiques)

u(kg)= masse moyenne d’1 nucléon avec son cortège (1,660.10-27 kg)

NA(part/mol) = constante d’Avogadro (6,022.1023)

A est la somme des nombre de masse (donc de nucléons) des composants de la molécule

 

Nota : par habitude, les notions ci-dessus sont exprimées en grammes.

1° cas : si l'on écrit la valeur de mm en unités S.I.+ >> u.NA vaut 10-3 kg/mol et le calcul devient m’m(kg/mol) = 10-3 .nf .A

2° cas : si l'on écrit la valeur de mm en unités d'usage pratique >> u.NA vaut 1 gramme/mol et le calcul devient m’m(g/mol) = nf .A

Dans ce cas, on donne à m’m le nom de molécule-gramme

Pour les corps composés, la masse molaire est la somme des (m’m)i composantes

Par exemple: m’m de NH3 = m’m de N(soit 14) + 3 m’m de H(soit 3x1) =17 g/mol

Pour les mélanges de corps, la masse molaire est la moyenne des composants

Par exemple: m’m de l’air = 78% de N²(soit 21,84) + 21% de O²(soit 6,72) + 1% de gaz rares(soit 0,40) = 28,96 g/mol

 

-relations de la masse molaire avec grandeurs voisines

Relation avec la masse atomique m’a

pour les corps simples m’m = m’a x nf    nf est l’atomicité (nombre d’atomes par molécule)

pour les corps composés: m’m est la somme des masses atomiques des atomes composants

Relation avec le volume moléculaire

m’m = Vm.ρ'

avec Vm(m3/mol)= volume moléculaire d’un corps

m’m(kg/mol)= masse moléculaire du corps

ρ'(kg/m3)= masse volumique du corps

Pour un gaz >> m’m = ρ'a.Vm / d   où d est la densité du gaz par rapport à l’air et ρ'a(kg/ l) la masse volumique de l’air

Relation d’Avogadro-Ampère (pour un gaz)

m’m = ρ'a.Vm / d    pour un gaz

avec m’m(kg/mol)= masse moléculaire du gaz

d est la densité du gaz par rapport à l’air

ρ'a(kg/ l)= masse volumique de l’air

Vm(m3/mol)= volume moléculaire du gaz

on a pratiquement m’m # 29d

Nota : 1 mm3 d’air contient 2,7.1016 molécules (donc 1m3 en contient 2,7.1025)

 

-valeurs de quelques masses molaires exprimées en grammes / mole et arrondies

Gaz >> hydrogène(2)--ammoniac(17)--vapeur d'eau(18)--acétylène(26)--azote(28)--air(29)--oxygène(32)-- O²(44)--propane(44)-- chlore(71)

Liquides >> eau(16)—H²SO4(98)--mercure(200)

Solides >>de 7(lithium) à 238(U) pour les corps simples et jusqu’à 350 pour les corps composés

 

VOLUME MOL(ECUL)AIRE

Le volume moléculaire (V*) est le volume occupé (à température et pression normales) par la mole d’un corps

Synonymes : volume molaire ou volume spécifique

Equation aux dimensions  : L 3.N-1        Symbole V*        Unité S.I.+ le m3 /mol.

Unité pratique : le litre/mol (qui vaut 10-3 m3 /mol).

-relation entre volume et masse moléculaires

V* = m’m / ρ'

où V* (l/mol)= volume moléculaire d’un corps

m’m(kg/mol)= masse moléculaire du corps

ρ'(kg/l)= sa masse volumique

Pour un gaz  V* = m’m  / d.ρ' a

où d (nombre)= densité du gaz par rapport à l’air

ρ'a (kg/ l)= masse volumique de l’air



-volume moléculaire d’un gaz parfait

V* = NA / NL

avec V*(m3/mol)= volume molaire de gaz parfait. Il est égal à 22,4.10-3 m3/mol (soit 22,4 litres/mole)

NA = constante d’Avogadro (6,02214.1023 atomes/mole)

NL = NOMBRE de Loschmidt (2,686754.1025 m-3 )


-volume moléculaire d’un gaz réel

Le nombre de Loschmidt est fonction de la masse volumique, donc le volume molaire des gaz réels diffère un peu de celui des gaz parfaits

(qui est de 22,4 l /mol  ce qui est le cas de O² ou H² ou N², qui sont sensiblement parfaits)

Mais on a par exemple V* = 22,08 l/mol (pour l'ammoniac) ou 22,88 l/mol (pour le monochlorométhane)

 

REFRACTIVITE MOLAIRE

C'est l'équivalent d'une concentration spécifique molaire

 C'est yv / q

q étant la quantité de matière

 

-la refractivité massique molaire

C'est l'équivalent d'une concentration massique molaire

Dimension M.N-1    Unité kg/mol

R = K . mm   et aussi  R = R*.ρ'.T.NA / p

où mm(kg/mol) = masse molaire , K est la constante de réfraction

R*(J/K) est la constante des gaz, ρ (kg/m3) la masse volumique, NA la constante

d'Avogadro et p la pression

Pour les corps composés ou mélanges, on utilise la moyenne des corps présents

 

-la refractivité volumique molaire

C'est l'équivalent d'un volume molaire

Dimension L3.N-1   Unité kg/mol

pour les gaz, elle est donnée par la loi de Gladstone-Dale

V = R*.T. NA (n*² - 1) / 3p

avec V(m3 /mol) = réfractivité volumique molaire

NA(1/mol)= constante d'Avogadro

R*(J/K)= constante des gaz parfaits

T(K)= température absolue

p(Pa)= pression

n*(nombre) = indice de réfraction

Relation avec la polarisabilité electrique

V= (g* / ε.χd).NA

où avec V(m3 /mol) = réfractivité volumique molaire

g*(F-m²)= polarisabilité

ε(F/m-sr)= constante diélectrique du milieu

χd = susceptiblité diélectrique