Pourquoi compter en moles
Les atomes et les molécules sont bien trop petits pour être comptés un par un. Les chimistes les regroupent donc par moles : une mole contient 6,022 140 76 × 10²³ entités, c’est la constante d’Avogadro. L’astuce, c’est qu’une mole de n’importe quelle espèce pèse sa masse molaire en grammes : 18,015 g pour l’eau, 44,01 g pour le dioxyde de carbone. Une balance devient ainsi un outil pour compter les molécules.
Les formules
- Quantité de matière n = m ÷ M
- Masse m = n × M
- Nombre d’entités N = n × NA, avec NA = 6,022 × 10²³ mol⁻¹
- Volume d’un gaz V = n × Vm, avec un volume molaire de 22,4 L/mol à 0 °C et d’environ 24 L/mol à 20 °C, sous la pression atmosphérique normale
Exemple chiffré : un morceau de sucre
Un morceau de sucre pèse environ 6 g de saccharose, C12H22O11.
- Masse molaire : 12 × 12,011 + 22 × 1,008 + 11 × 15,999 = 342,30 g/mol.
- Quantité de matière : 6 ÷ 342,30 = 0,0175 mol.
- Nombre de molécules : 0,0175 × 6,022 × 10²³ = 1,06 × 10²².
Dix milliards de milliards de molécules dans un seul morceau de sucre.
Masses molaires d’espèces courantes
| Espèce | Formule | Masse molaire (g/mol) |
|---|---|---|
| Eau | H2O | 18,015 |
| Dioxyde de carbone | CO2 | 44,009 |
| Dioxygène | O2 | 31,998 |
| Chlorure de sodium | NaCl | 58,44 |
| Glucose | C6H12O6 | 180,16 |
| Saccharose | C12H22O11 | 342,30 |
| Éthanol | C2H5OH | 46,07 |
| Carbonate de calcium (calcaire) | CaCO3 | 100,09 |
Calculer une masse molaire
On additionne les masses molaires atomiques lues dans le tableau périodique, chacune multipliée par le nombre d’atomes dans la formule. Pour le glucose : 6 × 12,011 + 12 × 1,008 + 6 × 15,999 = 180,16 g/mol. Pour un hydrate, on compte aussi les molécules d’eau.
Où sert cette conversion
- Bilans de matière : les équations de réaction raisonnent en moles, il faut donc convertir les masses avant de chercher le réactif limitant.
- Solutions : la concentration molaire est une quantité de matière par litre.
- Gaz : la loi des gaz parfaits utilise la quantité de matière.
- Vie courante : 100 g d’eau représentent 5,55 mol, soit 3,3 × 10²⁴ molécules.
Erreurs fréquentes
- Prendre la masse molaire atomique au lieu de la masse molaire moléculaire : O2 vaut 32,00 g/mol, pas 16,00.
- Oublier de convertir les milligrammes ou les kilogrammes en grammes.
- Arrondir trop tôt les masses molaires dans un calcul en plusieurs étapes.