La première chose à réaliser est que "mole" n'est pas une unité de masse. Il s'agit simplement d'une quantité - un nombre - comme douzaine ou brut ou score. Tout comme une douzaine d'œufs équivaut à 12 œufs, une mole de glucose équivaut à 6,02 $ \ fois 10 ^ {23} $ molécules de glucose et une mole d'atomes de carbone équivaut à 6,02 $ \ fois 10 ^ {23} $ atomes de carbone. Les "taupes" ne sont associées à la masse que parce que les objets individuels ont une masse, et donc une mole d'objets a également une certaine masse.

Alors, pourquoi $ 6.02 \ times 10 ^ {23} $? Qu'est-ce que le numéro d'Avogadro a de si spécial? Eh bien, rien, vraiment, ça fait juste que les calculs fonctionnent bien. Le nombre d'Avogadro est défini comme le nombre d'atomes $ \ ce {^ {12} C} $ pesant 12 g. C'est donc effectivement un rapport: combien de fois est plus grand un gramme qu'une unité de masse atomique? Si vous avez un atome de $ \ ce {^ {12} C} $, il pèse 12 amu. Si vous en avez 6,02 $ \ fois 10 ^ {23} $, ils pèsent 12 g. Si vous avez une molécule de glucose, elle pèse 180 amu (ou à peu près). Si vous en avez 6,02 $ \ fois 10 ^ {23} $, ils pèsent 180 g (ou environ). - C'est comme si un œuf pèse 60 g (en moyenne), alors une douzaine d'entre eux pèsent 720 g (en moyenne), et si une tasse de farine pèse 120 g (en moyenne), alors une douzaine de tasses de farine pèsent 1440 g (en moyenne). La seule différence est que la douzaine est définie en avant ("une douzaine est douze"), alors qu'une taupe est définie "en arrière" ("une douzaine est le nombre d'œufs de 60 g qui sont dans une collection d'œufs qui pèse 720 g." )

Cette définition de commodité - rattacher la valeur du nombre d'Avogadro directement à la différence d'échelle entre l'amu et le gramme - est probablement ce qui vous lance. Les taupes ne sont pas une unité de masse, mais la définition est intimement liée aux unités de masse. L'équivalence des nombres à l'échelle atomique (amu) et à l'échelle macroscopique (grammes) peut également amener les chimistes à jouer vite et librement avec la terminologie, travaillant rapidement dans les deux sens de l'échelle atomique à l'échelle macroscopique, sans nécessairement faire une distinction claire entre les deux. .

Une analogie matérielle pourrait peut-être vous aider. Disons que vous êtes dans le métier d'assembler des choses à l'aide d'écrous, de boulons et de rondelles. Par souci d'argumentation, disons que chaque fois que vous joignez quelque chose, vous avez toujours besoin d'un boulon, de deux rondelles et d'un écrou. Oh, et vous allez assembler beaucoup de choses.

Donc, vous allez avoir besoin de beaucoup d'écrous, de boulons et de rondelles, mais c'est ok, la quincaillerie les vend à la livre.

Les boulons ont une masse de 20 carats, les écrous sont de 5 carats et les rondelles de 2 carats. Qu'est-ce qu'un carat? Peu importe vraiment parce que vous ne savez pas combien de choses vous allez rejoindre - juste "beaucoup".

Donc, vous allez à la quincaillerie et vous achetez 20 livres de boulons , 5 livres d'écrous et 4 livres de rondelles.

Maintenant, vous n'avez aucune idée du nombre d'écrous, de boulons et de rondelles que vous avez, mais vous savez que vous avez le même nombre d'écrous que de boulons et vous avez deux fois plus de rondelles. Tant que vous convertissez la masse de l'article en carats en poids que vous achetez en livres, vous pouvez toujours vous assurer que vous obtenez les articles dans les proportions que vous voulez.

En bas de la piste, vous trouvez dehors qu'il y a 6 000 carats à la livre. Cela signifie que 20 livres de boulons correspondent en fait à 6000 boulons, et 5 livres d'écrous font également 6000 écrous, et 4 livres de rondelles représentent 12000 rondelles.

Donc, dans cette analogie, beaucoup (c'est-à-dire une "taupe") d'articles est de 6 000 ou 6 x 10 ³

Si vous déménagez dans un pays avec un système métrique et que leurs quincailleries vendent les mêmes boulons , des noix et des rondelles, mais au kilogramme (hérésie!), êtes-vous le moins en phase? Non. Vous achetez 20 kg de boulons, 5 kg d'écrous et 4 kg de rondelles. Vous disposez désormais de 2,2 x 6 000 lots de dessus de menuisier. Donc, vous êtes toujours en affaires.

L'idée avec les atomes est fondamentalement la même, lorsque vous convertissez la masse en amu (ou le dalton comme je crois que c'est préféré maintenant) en grammes, alors la mole est N _A ou le nombre d'Avogadro 6.02 x 10 ²³ .

La définition précise de ce qu'est exactement un amu (Da) est un point fin, important, mais tangentiel au concept de la taupe qui est ce que vous ' re aux prises avec. Fait intéressant, et tout aussi tangentiel, le nombre d'Avogadro pourrait bien être utilisé pour redéfinir ce qu'est un kilogramme: https://www.youtube.com/watch?v=ZMByI4s-D-Y

Les atomes se combinent particule par particule. C'est-à-dire en nombre de particules.

Les opérations de laboratoire et industrielles reposent sur la mesure des masses.

La taupe est le pont entre celles-ci. Cela nous permet de "compter" un nombre particulier d'atomes en massant la substance.

Le premier point est qu'il s'agit d'une définition. En termes pratiques, cela nous permet d'avoir une unité pratique pour exprimer les concentrations en $ \ pu {mol dm ^ {- 3}} $ sans avoir à utiliser des nombres énormes. Plus important encore, cela nous permet de savoir combien de molécules d'atomes, etc. sont dans une masse donnée de substance.

Une mole est définie comme la quantité de substance, n , qui contient comme beaucoup d'objets (atomes, molécules, ions par exemple) comme il y a des atomes dans 12 grammes de carbone-12. Ce nombre a été déterminé par expérience et est d'environ 6,02214 $ ~ 10 ^ {23} $. C'est le numéro d'Avogadro.

Si un échantillon a N atomes ou molécules, alors la quantité de substance qu'il contient est $ n = N / N_A $ où $ N_A $ est constant et vaut 6,02214 $ ~ 10 ^ {23} \ pu {mol ^ {- 1}} $. Ainsi $ \ pu {1 mol} $ contient $ 6.02214 ~ 10 ^ {23} $ atomes, molécules ou ions etc.

Il s'ensuit que

La masse d'une mole d'une substance équivaut à sa masse moléculaire relative exprimée en grammes,

donc 18 g d'eau (pour simplifier en utilisant O = 16; H = 1 au lieu des masses exactes) ou 78 g de benzène contient le nombre de molécules d'Avogadro, de même 32 g de soufre, 200 g de mercure, tous ont le numéro d'atome d'Avogadro.

Une taupe est une quantité d'objets discrets, pas une dimension pour mesurer une chose . De la même manière qu'une douzaine d'objets vaut 12 ou une vingtaine d'objets vaut 20, une mole d'objets vaut environ 6,02214 $ \ fois 10 ^ {23} $.

Techniquement, nous ne devrions pas dites "1 mole de glucose". Nous devrions plutôt dire "1 mole de molécules de glucose " . Il en va de même pour tout autre objet: «1 mole d'eau» doit être «1 mole de molécules d'eau», et ainsi de suite. Si nous voulons parler d'éléments bruts, alors nous parlerons d'une mole d ' atomes de cet élément, plutôt que d'une mole de molécules , mais le principe est le même. Par convention , nous omettons généralement cette partie "molécules" , mais si nous voulons vraiment être stricts sur les choses, nous devons le dire.

Le nombre d'Avogadro a été choisi pour que la masse d'une mole de molécules (de la même chose) soit égale à $ x $ grammes, où $ x $ est la masse moléculaire de cette chose . À l'origine, il a été défini de telle sorte qu'une mole d'hydrogène (qui, rappelons-le, est en réalité «1 mole d'atomes d'hydrogène ») pèse 1 gramme. De nos jours, nous le définissons de telle sorte qu'une mole de carbone-12 (encore une fois, "1 mole de carbone-12 atomes ") pèse 12 grammes, mais les proportions fonctionnent toujours, plus ou moins. Les gens derrière SI travaillent à l'épingler à une constante mathématique.

Puisque je me fie à mon manuel de chimie, je vais donc vous fournir les connaissances sur une taupe que j'ai acquise grâce à lui.

La taupe indique simplement la quantité de substance, c'est l'unité de mesure SI de quantité de substance.Trois définitions peuvent être données à une mole;

1. Une mole est définie comme la quantité de substance qui a une masse égale à la masse atomique gramme si la substance est atomique ou gramme masse moléculaire si la substance est moléculaire.

Par exemple, $ H_2O $ a une masse moléculaire de 18 $ u $ donc sa masse moléculaire en gramme est de 18 gram $. Vous pouvez donc dire que 18 $ gramme de $ H_2O $ équivaut à 1 $ mole de $ H_2O $.

2. Une taupe est définie comme la quantité de substance qui contient le nombre d'Avogadro $ ( 6.022140857 × 10 ^ {23}) $ nombre d'atomes si la substance est atomique ou nombre d'Avogadro de molécules si la substance est moléculaire.

Par exemple, $ 6.022140857 × 10 ^ {23} $ les molécules de $ H_2O $ formeront $ 1 $ mole de $ H_2O $.

3. Dans le cas des gaz, une mole est définie comme la quantité de gaz qui a un volume de 22,4 $ litres à STP (101,3 kPa $ et 273,15 K $).

Par exemple, à STP $ 22,4 $ litres de $ CO_2 $ d'essence sera dit $ 1 $ mole de $ CO_2 $.

La taupe est une mesure de nombre . Le concept "Mole" nous aide à peser ou à compter des nombres définis d'atomes (à l'exclusion des erreurs infimes) simplement en utilisant une balance pan-macroscopique. Si je sais que c'est du glucose, et en prendre 180 grammes (puisque C6 H12 O6 a un poids moléculaire de 180); l'échantillon contient 1 mole ou des nombres avogadro (N.A) ou 6,023 * 10 ^ 23 molécules de glucose. De même, 18 grammes H2O doit contenir 1 mole ou 6,023 * (10 ^ 23) molécules d'eau.

Mais comment?

Commençons par quelques objets macroscopiques .

Si nous prenons 1 camion plein de briques et un autre camion plein de briques; le deuxième camion contiendrait beaucoup plus de copeaux de brique que de briques dans le premier. Simple.

Mais si on prenait 1 brique de camion (masse totale de brique très lourde); et 1 seau de briques-copeaux (masse totale de briques-copeaux beaucoup plus légère que les briques de camion) ... alors? Peut-être que les deux contiendront le même nombre (au moins presque) de particules.

I.e. si nous prenons des objets lourds en quantité massive et des objets légers en quantité plus légère; le nombre d'objets des deux cas, aurait tendance à être le même.

En termes quantitatifs:

  Dites chaque brique-puce = 1 gramme. 1 brique = 1000 grammes. 

Maintenant, si nous prenons 1234 * 1 gramme de morceaux de brique et 1234 * 1000 grammes de briques; nous aurons le même nombre de particules unitaires dans les deux cas.

  Ou si nous prenons X * 1 gramme de briques à un endroit, et X * 1000 grammes de briques à un autre endroit; dans les deux cas, nous aurions le même nombre.  

Échelle moléculaire

1 atome d'hydrogène (H) pèse 1 h du matin. 1 molécule de glucose (C6 H12 O6) pèse 180 um. 1 molécule de H20 pèse 180 heures du matin.

  Maintenant, 1 gramme = 6,023 * (10 ^ 23) Dalton ou N.A a.m.u. (*)  

Donc, tout comme notre exemple de brique mentionné ci-dessus;

1 gramme d'atome d'hydrogène (H) (ou NA amu H), ou 180 grammes de glucose (c'est-à-dire NA * 180 amu de glucose) ou 18 grammes d'eau (NA * 18 amu d'eau) contiendrait le même nombre de particules ( Ce qui est ici 6.023 * (10 ^ 23) pièces ou pièces NA en raison de la relation entre gramme et amu). De cette façon, 1 mole de n'importe quelle substance contiendrait un nombre NA de molécules

Nombre Avogadro (N.A.) dans cet exemple fonctionnant de la même manière que X dans l'exemple de brique précédent.

Voici un schéma simplifié comparant un exemple réel et un exemple de chimie.

Avantage

On nous donne

1 C6 H12 O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O

Les nombres à gauche de la formule du composé , ou le coefficient stoechiométrique; est le plus petit nombre possible de molécules pour terminer une réaction.

On nous donne une certaine quantité de glucose, et on nous demande la quantité de CO2 dégagée après une combustion complète en O2?

Nous pouvons calculer cela fraîchement à partir du matin. Calcul plus grand.

Mais le concept de mole aide beaucoup car nous pouvons déterminer les quantités de réactifs et de produits directement en gramme, à partir de la formule moléculaire et des coefficients stœchiométriques, sans utiliser de conversion d'unité entre gramme et amu

Si nous pouvions multiplier toute la réaction

(180 amu + 6 * 32 amu = 6 * 44 amu + 6 * 18 amu pour le composé respectif)

avec NA (peut exécuter des nombres NA de telles réactions à la fois)

i. e.

180 amu * NA + 6 * 32 amu * NA = 6 * 44 amu * NA + 6 * 18 amu * NA (composé respectif)

ou

1 mole de glucose + 6 mole d'O2 = 6 mole de CO2 + 6 mole de H2O.

ou

180 gramme + 6 * 32 gramme = 6 * 44 gramme + 6 * 18 gramme (composé respectif).

une fois que nous avons su le fait à la place de la molécule, nous pourrions utiliser mole; et nous pourrions facilement écrire une réaction pour une mole des réactions parallèles. Ensuite, nous convertissons les moles en grammes en utilisant la formule chimique, nous pouvons facilement déterminer la quantité requise ou obtenue de certains réactifs ou produits. Pour une certaine valeur donnée de 1 réactif ou produit

par exemple 2 H2 + O2 = 2 H2O. De cette réaction, nous concluons facilement 2 mole de H et 1 mole d'O2 forme 2 moles de H2O; ou 2 * 2 g H2 et 32 ​​g O2 donnent 2 * 18 g H20. Maintenant, en utilisant la méthode unitaire, nous pourrions trouver une quantité demandée de réactif ou de produit à partir d'une quantité donnée de réactif ou de produit.

références:

1. (* ): http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/mole.html

2. Résultat de conversion d'unité Google

3. Constante d'Avogadro dans wikipedia

4. Unité de masse atomique dans Wikipedia

5. Taupe (unité) dans Wikipédia

6. Masse atomique dans wikipedia

7. Masse moléculaire dans wikipedia

8. Masse molaire dans Wikipédia

9. Ce que nous avons appris dans les cours de chimie de base