Comment trouver la masse molaire

La masse molaire est une propriété physique des substances. Il est très utile pour analyser, comparer et prévoir les autres propriétés physiques et chimiques telles que la densité, le point de fusion, le point d’ébullition et la quantité de substance qui réagit avec une autre substance dans un système. Il existe plusieurs méthodes pour calculer la masse molaire. Certaines de ces méthodes comprennent l’utilisation de l’équation directe, l’ajout des masses atomiques de différents éléments d’un composé et l’utilisation d’une élévation du point d’ébullition ou d’une dépression du point de congélation. Certaines de ces méthodes majeures seront discutées de manière concise dans cet article. 

Zones clés couvertes

1. Quelle est la masse molaire
      - Définition, équation de calcul, explication
2. Comment trouver la masse molaire
      - Méthodes pour déterminer la masse molaire
3.Quelle est l'importance de connaître la masse molaire d'une substance
      - Applications de la masse molaire

Mots clés: nombre d’Avogadro, point d’ébullition, Calusius-Clapeyron, constante cryoscopique, constante ébullioscopique, point de congélation, point de fusion, molalité, masse molaire, poids moléculaire, pression osmotique, masse atomique relative

Quelle est la masse molaire

La masse molaire est la masse d'une mole d'une substance particulière. L'unité la plus couramment utilisée pour la masse molaire d'une substance est le gmol.^-1. Cependant, l’unité SI pour la masse molaire est kgmol^-1 (ou kg / mol). La masse molaire peut être calculée à l'aide de l'équation suivante.

Masse molaire = masse de la substance (kg) / quantité de substance (mol)

Mole ou mol est l'unité utilisée pour mesurer la quantité d'une substance. Une mole de substance est égale à un très grand nombre, 6.023 x 10²³ d'atomes (ou molécules) composant la substance. Ce numéro s'appelle le numéro d'Avogadro. C'est une constante car peu importe le type d'atome, une mole est égale à cette quantité d'atomes (ou de molécules). Par conséquent, on peut donner une nouvelle définition à la masse molaire, c’est-à-dire que la masse molaire est la masse totale de 6,023 x 10²³ les atomes (ou molécules) d'une substance particulière. Pour éviter toute confusion, regardez l'exemple suivant.

• Le composé A est composé de molécules A.
• Le composé B est composé de molécules B.
• Une mole de composé A est composée de 6,023 x 10²³ de molécules A.
• Une mole de composé B est composée de 6,023 x 10²³ des molécules B.
• La masse molaire du composé A est la somme des masses de 6,023 x 10²³ Une molécules.
• La masse molaire du composé B est la somme des masses de 6,023 x 10²³ Molécules B.

Nous pouvons maintenant appliquer cela à de vraies substances. Une mole de H₂O est composé de 6.023 x 10²³ H₂O molécules. La masse totale de 6.023 x 10²³ H₂O molécules est d'environ 18 g. Par conséquent, la masse molaire de H₂O est 18 g / mol.

Comment trouver la masse molaire

La masse molaire d'une substance peut être calculée à l'aide de plusieurs méthodes telles que:

1. Utiliser des masses atomiques
2. Utilisation de l'équation pour calculer la masse molaire
3. À partir du point d'ébullition
4. De la dépression du point de congélation
5. De la pression osmotique

Ces méthodes sont discutées en détail ci-dessous.

Utiliser des masses atomiques

La masse molaire d'une molécule peut être déterminée à l'aide de masses atomiques. Cela peut être fait simplement en ajoutant des masses molaires de chaque atome présent. La masse molaire d'un élément est donnée ci-dessous.

Masse molaire d'un élément = masse atomique relative x constante de masse molaire (g / mol)

La masse atomique relative est la masse d'un atome par rapport à la masse d'un atome de carbone 12 et il n'a pas d'unités. Cette relation peut être donnée comme suit.

Masse moléculaire de A = masse d'une molécule de A / [masse d'un carbone 12 atomes x (1/12)]

Considérons les exemples suivants pour comprendre cette technique. Ce qui suit sont les calculs pour les composés avec le même atome, la combinaison de plusieurs atomes différents et la combinaison d’un grand nombre d’atomes..

• Masse molaire de H₂

o Types d'atomes présents = Deux atomes de H
o masses atomiques relatives = 1,00794 (H)
o masse molaire de chaque atome = 1,00794 g / mol (H)
o masse molaire du composé = (2 x 1,00794) g / mol
                                                   = 2,01588 g / mol

• Masse molaire de HCl

o Types d'atomes présents = un atome de H et un atome de Cl
o masses atomiques relatives = 1,00794 (H) + 35,453 (Cl)
o masse molaire de chaque atome = 1,00794 g / mol (H) + 35,453 g / mol (Cl)
o masse molaire du composé = (1 x 1,00794) + (1 x 35,453) g / mol
                                                   = 36,46094 g / mol

• Masse molaire de C₆H₁₂O₆

o Types d'atomes présents = 6 atomes de carbone, 12 atomes de H et 6 atomes de Cl
o masses atomiques relatives = 12,0107 (C) + 1,00794 (H) + 15,999 (O)
o masse molaire de chaque atome = 12,0107 g / mol + 1,00794 g / mol (H) + 15,999 g / mol (O)
o masse molaire du composé = (6 x 12,0107) + (12 x 1,00794) + (6 x 15,999) g / mol
                                                   = 180,15348 g / mol

Utiliser l'équation

La masse molaire peut être calculée à l'aide de l'équation donnée ci-dessous. Cette équation est utilisée pour déterminer un composé inconnu. Considérez l'exemple suivant.

Masse molaire = masse de la substance (kg) / quantité de substance (mol)

• Le composé D est en solution. Les détails sont donnés comme suit.
  • Le composé D est une base forte.
  • Il peut libérer un H⁺ ion par molécule.
  • La solution de composé D a été préparée avec 0,599 g de composé D.
  • Il réagit avec HCl dans un rapport de 1: 1

La détermination peut ensuite être effectuée par titrage acide-base. Puisqu'il s'agit d'une base forte, titrez la solution avec un acide fort (Ex: HCl, 1,0 mol / L) en présence d'un indicateur de phénolphtaléine. Le changement de couleur indique le point final (par exemple, quand on ajoute 15,00 ml de HCl) du titrage et maintenant toutes les molécules de la base inconnue sont titrées avec l'acide ajouté. Ensuite, la masse molaire du composé inconnu peut être déterminée comme suit.

o La quantité d'acide ayant réagi = 1,0 mol / L x 15,00 x 10-3 L
                                                                          = 1,5 x 10-2 mol
o Par conséquent, la quantité de base ayant réagi = 1,5 x 10-2 mol
o La masse molaire du composé D = 0,599 g / 1,5 x 10-2 mol
                                                                          = 39,933 g / mol
o Ensuite, le composé inconnu D peut être prédit comme NaOH. (Mais pour confirmer cela, nous devrions faire une analyse plus poussée).

À partir du point d'ébullition

L'élévation du point d'ébullition est le phénomène qui décrit le fait que l'ajout d'un composé à un solvant pur augmenterait le point d'ébullition de ce mélange jusqu'à un point d'ébullition supérieur à celui du solvant pur. Par conséquent, la masse molaire de ce composé ajouté peut être trouvée en utilisant la différence de température entre deux points d'ébullition. Si le point d'ébullition du solvant pur est T_solvant et le point d'ébullition de la solution (avec le composé ajouté) est T_Solution, la différence entre deux points d'ébullition peut être indiquée ci-dessous.

ΔT = T_Solution - T_solvant

Avec l'utilisation de la relation de Clausius-Clapeyron et de la loi de Raoult, nous pouvons établir une relation entre ΔT et la molalité de la solution.. 

ΔT = K_b . M

Où K_b est constante ébullioscopique et ne dépend que des propriétés du solvant et M est la molalité

De l'équation ci-dessus, nous pouvons obtenir une valeur pour la molalité de la solution. Comme la quantité de solvant utilisée pour la préparation de cette solution est connue, on peut trouver la valeur pour les moles du composé ajouté.

Molalité = Moles de composé ajouté (mol) / Masse de solvant pur utilisé (kg)

Maintenant que nous connaissons les moles de composé dans la solution et la masse du composé ajouté, nous pouvons déterminer la masse molaire du composé..

Masse molaire = masse de composé (g) / moles de composé (mol)

Figure 01: Altitude du point d'ébullition et dépression du point de congélation

De la dépression du point de congélation

La dépression du point de congélation est l'opposé de l'élévation du point d'ébullition. Parfois, lorsqu'un composé est ajouté à un solvant, le point de congélation de la solution est abaissé par rapport à celui du solvant pur. Alors les équations ci-dessus sont un peu modifiées.

ΔT = T_Solution - T_solvant

La valeur ΔT est une valeur négative car le point d'ébullition est maintenant inférieur à la valeur initiale. La molalité de la solution peut être obtenue comme dans la méthode d'élévation du point d'ébullition.

ΔT = K_F . M

Ici, le K_F  est connue sous le nom de constante cryoscopique. Il ne dépend que des propriétés du solvant.

Le reste des calculs est identique à celui de la méthode d'élévation du point d'ébullition. Ici, les moles du composé ajouté peuvent également être calculées à l'aide de l'équation ci-dessous.

Molalité = moles de composé (mol) / masse de solvant utilisé (kg)

Ensuite, la masse molaire peut être calculée en utilisant la valeur pour les moles de composé ajouté et la masse de composé ajoutée..

Masse molaire = masse de composé (g) / moles de composé (mol)

De la pression osmotique

La pression osmotique est la pression nécessaire pour éviter qu'un solvant pur ne passe par osmose dans une solution donnée. La pression osmotique peut être donnée dans l'équation ci-dessous.

∏ = MRT

Où ∏ est la pression osmotique,
             M est la molarité de la solution
             R est la constante de gaz universelle
             T est la température

La molarité de la solution est donnée par l'équation suivante.

Molarité = Moles de composé (mol) / Volume de solution (L)

Le volume de la solution peut être mesuré et la molarité peut être calculée comme ci-dessus. Par conséquent, les moles du composé dans la solution peuvent être mesurées. Ensuite, la masse molaire peut être déterminée.

Masse molaire = masse de composé (g) / moles de composé (mol)

Quelle est l'importance de connaître la masse molaire d'une substance

• Des masses molaires de différents composés peuvent être utilisées pour comparer les points de fusion et d'ébullition de ces composés.
• La masse molaire est utilisée pour déterminer les pourcentages en masse des atomes présents dans un composé..
• La masse molaire est très importante dans les réactions chimiques pour déterminer les quantités d'un réactif ayant réagi ou pour déterminer la quantité de produit pouvant être obtenue..
• Connaître les masses molaires est très important avant la conception expérimentale.

Résumé

Il existe plusieurs méthodes pour calculer la masse molaire d'un composé donné. Le moyen le plus simple parmi eux est l’addition de masses molaires d’éléments présents dans ce composé..

Références:

1. «Mole». Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 24 avril 2017. Web. Disponible ici. 22 juin 2017. 
2. Helmenstine, Anne Marie. “Comment calculer la masse molaire.” ThoughtCo. N.p., n.d. Web. Disponible ici. 22 juin 2017.
3. Robinson, Bill. “Détermination de la masse molaire.” Chem.purdue.edu. N.p., n.d. Web. Disponible ici. 22 juin 2017.
4. «Point de congélation». Chimie LibreTexts. Libretexts, 21 juillet 2016. Web. Disponible ici le 22 juin 2017. 

Courtoisie d'image:

1. “Dépression au point de congélation et élévation du point d’ébullition” Par Tomas er - Propre travail (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia