Masse (molaire) atomique
Masse d'une mole d'atomes.
Unité
Unité : g.mol-1
Dans cette vidéo, vous allez apprendre à calculer la masse atomique relative d'un élément à partir de ses abondances isotopiques. Si nous prenons le carbone, sa masse atomique relative est très proche de 12 unités de masse atomique. Cela est dû au fait que dans la nature, 99 atomes d'un échantillon de carbone sur 100 sont des isotopes du carbone 12. On peut également dire que le carbone 12 a une abondance isotopique que 99%.
Cependant, toutes les masses atomiques relatives des éléments ne sont pas calculées de cette façon. Le chlore, par exemple, existe sous forme de deux isotopes : le chlore-35 et le chlore-37. Selon vous, combien de protons et de neutrons chacun possède-t-il ? Souvenez-vous que le nombre de masse d'un isotope est égal au nombre de protons qu'il possède plus le nombre de neutrons. Mettez pause et choisissez l'une des propositions suivantes. Utilisez les symboles chimiques pour vous aider à répondre.
A) 17 protons/18 neutrons (chlore-35); 17 protons/19 neutrons (chlore-37);
B) 17 protons/17 neutrons (chlore-35); 17 protons/20 neutrons (chlore-37);
C) 17 protons/18 neutrons (chlore-35); 17 protons/20 neutrons (chlore-37);
Les isotopes chlore-35 et chlore-37 possèdent tous deux 17 protons mais l'isotope chlore-35 possède 18 neutrons alors que l'isotope chlore-37 possède 20 neutrons. La réponse était C. Aviez-vous trouvé ?
Dans la nature, sur un échantillon de 100 atomes de chlore, 75 atomes sont des isotopes chlore-35 et 25 atomes sont des isotopes chlore-37. Afin de pouvoir calculer la masse atomique relative du chlore, vous devez multiplier le nombre de masse de l'isotope par son abondance (pourcentage) et additionner ces produits. On obtient le nombre de masse total des isotopes. En utilisant ces données, pouvez-vous calculer la masse totale des isotopes du chlore en fonction de leur abondance et de leur nombres de masse ? Mettez pause, réfléchissez, choisissez une réponse et reprenez dès vous êtes prêt.
A. (75x37)+ (25x35) = 2775 + 875 = 3650.
B. (75x35)+ (25x37) = 2625 + 925 = 3550.
C. (75x25)+(35x37) = 1875+ 1295 = 3170
La réponse est B. Vous devez multiplier l'abondance de l'isotope chlore-35 qui est de 75 % par son nombre de masse, 35. Ensuite, vous devez multiplier l'abondance de l'isotope chlore-37 qui est de 25% par son nombre de masse, 37. Une fois additionnés, cela donne un total de 3550. La dernière étape dans le calcul de la masse atomique relative consiste à diviser votre réponse par 100 car l'abondance est donnée sous forme de pourcentage. Cela signifie que le chlore a une masse atomique relative de 35,50.
Voici la question. À partir des données suivantes, calculez la masse atomique relative de l'uranium. Mettez pause et reprenez dès que vous êtes prêt. Écrivez bien votre raisonnement en faisant les calculs.
Isotope : 238U et Abondance relative /% : 99.27
Isotope : 235U et Abondance relative /% : 0.72
Isotope : 234U et Abondance relative /% : 0.01
Indice : vous additionnez les trois produits cette fois : (nombre de masse de l'isotope x abondance relative)
La réponse et le raisonnement s'affichent à l'écran.
(99.27 x 238) + (0.72 x 235) + (0.01 x 234) = 23,626.26 + 169.2 + 2.34 = 23,797.8
N'oubliez pas de diviser ensuite cette valeur par 100. Le résultat est 237,99. Aviez-vous trouvé ?
En résumé, la masse atomique relative est la moyenne de la masse pondérée des isotopes d'un élément particulier. Afin de la calculer, vous devez multiplier leurs abondances relatives par le nombre de masse de l'isotope, additionner ces produits pour chaque isotope et ensuite diviser le total par 100. Dans le dans le tableau périodique, c'est cette technique qui est utilisée pour le calcul de la masse atomique relative de chacun des éléments à partir de ses isotopes.
Dans cette vidéo, nous allons voir comment calculer des masses à partir de l'électrolyse du chlorure de cuivre. L'électrolyse est un processus au cours duquel des substances ioniques dissoutes dans l'eau ou fondues, sont décomposées (ou séparées) en des substances plus simple lorsqu'un courant électrique les traverse. Par exemple, si vous prenez du chlorure de cuivre fondu, il sera séparé en cuivre et en chlore gazeux.
On peut calculer la masse de cuivre produit grâce à son électrolyse. Il existe deux façons principales de procéder. À ce stade, vous devriez connaître trois éléments important :
Premièrement, pour toute substance, une mole de molécule est égale à la masse molaire d'une substance en grammes ;
Deuxièmement, 24 dm3 de gaz représentent une mole,
et troisièmement, le rapport entre les produits et les réactifs est déterminé par le nombre d'électrons transférés au cours de l'électrolyse. Dans cet exemple, l'électrolyse du chlorure de cuivre fondu est présenté sous le forme de deux demi-équation : une pour l'oxydation au niveau de l'électrode négative et une pour la réduction au niveau de l'électrode positive.
Cu2+(l) + 2e- → Cu(s) Électrode négative (Réduction)
2Cl- (l) → Cl2 + 2e- Électrode positive (Oxydation)
Que remarquez-vous concernant le nombre d'électrons transférés dans les deux réactions ? Mettez la vidéo en pause et reprenez lorsque vous êtes prêt.
Deux électrons sont tranférés dans les deux réactions. Le ratio entre le cuivre et le chlore est donc de 1 pour 1. Ainsi, chaque fois qu'une mole de cuivre est créée, c'est à dire 63,5 g, une mole de chlore gazeux est créée, ce qui correspond à 24 dm3, ou 71 g (NOTE TO ANIMATOR: SEE COMMENT). De plus, lorsque ces deux masses se combinent, cela donne la formule de masse d'une unité de chlorure de cuivre : 134 g.
La question est la suivante : si utilsons moitié moins de moles de chlorure de cuivre a) quelle sera la masse de cuivre créée ? Et b) quelle sera la masse de chlorure créées ?
Mettez la vidéo en pause et reprenez lorsque vous êtes prêt.
Voici la réponse : si la masse de chlorure de cuivre utilisée est divisée par deux, alors la masse de cuivre créée est également divisée par deux soit 31.75 g. De même, la masse de chlore gazeux créé est également divisée par deux soit 35.5 g.
Il existe une autre façon de calculer la masse de produit créé au cours des réactions d'électrolyse. Il faut utiliser la formule suivante : Q = I (A) x t (s),
où Q est la charge, ou le nombre d'électrons en coulombs , I est le courant en ampères et t le temps en secondes.
Une mole d'électrons, possède une charge de 96 500C, également appelée un Faraday.
Prenons l'hypothèse que du chlorure de cuivre fondu est électrolysé avec un courant I de 2A pendant une heure. Grâce à cette information, on peut calculer la masse de cuivre produite. Vous aurez sûrement besoin d'un papier et d'un crayon pour la suite. Mettez la vidéo en pause et reprenez lorsque vous êtes prêt.
Première étape
Vous pouvez utiliser la formule pour déterminer la quantité de charge (C) qui a circulé pour la période (t) donnée. Souvenez-vous qu'une heure contient 3 600s. En d'autre termes, le temps doit être convertis en secondes. Maintenant, déterminez la charge transférée. Cela peut être plus simple si vous l'écrivez en entier. Mettez la vidéo en pause et vérifiez votre calcul et votre réponse lorsque vous êtes prêt.
Vous devriez avoir :
2 A x 3,600 s = 7,200 C
Deuxième étape
En utilisant l'équation précédente, vous devez vous souvenir que deux moles d'électrons sont transférées.
Cu2+(l) + 2e- → Cu(s) Negative Electrode (Reduction).
Il y a donc un lien entre le nombre d'électrons transférés et la masse molaire du métal cuivre, c'est à dire que chaque fois que 2 moles d'électrons sont tranférées, une mole de cuivre est créée ainsi 63.5 g mol-1, correspond à sa masse molaire.
Souvenez-vous, 96 500C représentent une mole d'électrons transférés.
Nous devons ensuite trouver le nombre de moles d'électrons qui ont réellement été transférées au cours de notre réaction. ction. Vous pouvez le faire en divisant la réponse de l'étape 1 par 96 500C. Réalisez ce calcul et reprenez la vidéo pour vérifier votre réponse.
Vous devriez avoir :
7,200C ÷ 96,500 = 0.0746 moles d'électrons
N'oubliez pas que le ratio est de 2 pour 1 entre les électrons transférés et le nombre de moles de métal cuivre créés au cours de la réaction. Donc pour trouver la bonne quantité de cuivre, il faut diviser 0,0746 par 2, ce qui donne 0,0373 moles.
Nous connaissons désormais la quantité de cuivre utilisée et qu'une mole de cuivre possède une masse de 63.5g, nous pouvons donc connaitre la masse de cuivre créé. Essayez. Mettez pause et reprenez ensuite pour vérifier votre réponse. La masse de métal cuivre créée dans cette réaction est de 2,37g.
En résumé, il existe deux façons de calculer les masses dans des réactions d'électrolyse. La première consiste à utiliser les masses de réactifs et le ratio. La seconde utilise le fait qu'une mole d'électrons possède une charge de 96 500C. Grâce à cette information et à la formule Q = I x t, il est possible de calculer la charge réelle transférée au cours d'une période donnée. La charge et la masse molaire de l'élément en question vous permet d'utiliser les proportions, comme nous l'avons vu dans l'exemple, pour calculer la masse de tout élément au cours d'une réaction d'électrolyse.