La mole et la quantité de matière

Pour travailler avec des atomes et des molécules en chimie, il est plus pratique d'utiliser la notion de mole. Une mole est un regroupement de 6,022 × 10²³ entités (atomes, molécules, ions, etc.). Ce nombre colossal, appelé constante d'Avogadro (N_A), est une sorte de “douzaine” à l'échelle microscopique, mais beaucoup plus grande !

La quantité de matière, notée n, est le nombre de moles présentes dans un échantillon de matière. Pour trouver la quantité de matière à partir du nombre d'entités (N), ou l'inverse, on utilise la relation suivante :

où :

• n est la quantité de matière en moles (mol)
• N est le nombre d'entités (sans unité)
• N_A est la constante d'Avogadro (N_A ≈ 6,022 × 10²³ mol^-1)

Les chimistes manipulent des masses, pas directement des nombres d'atomes. La masse molaire (M) fait le lien entre la masse d'une substance et sa quantité de matière. Chaque élément chimique a une masse molaire atomique qui se trouve dans le tableau périodique (par exemple, la masse molaire du carbone C est M(C) = 12,0 g/mol). Pour une molécule, il faut additionner les masses molaires de tous les atomes qui la composent.

La masse molaire est exprimée en grammes par mole (g/mol). La relation entre la masse (m), la quantité de matière (n) et la masse molaire (M) est :

où :

• n est la quantité de matière en moles (mol)
• m est la masse de l'échantillon en grammes (g)
• M est la masse molaire de la substance en grammes par mole (g/mol)

Exemple : Calculer la masse molaire du dioxyde de carbone (CO₂). M(C) = 12,0 g/mol, M(O) = 16,0 g/mol. Donc M(CO₂) = M(C) + 2 × M(O) = 12,0 + 2 × 16,0 = 44,0 g/mol.

Pour les liquides, on utilise souvent leur volume. Pour passer du volume à la masse, on a besoin de la masse volumique (ρ, rhô) de la substance, qui représente la masse par unité de volume. La masse volumique s'exprime en grammes par millilitre (g/mL) ou en grammes par litre (g/L) ou en kilogrammes par mètre cube (kg/m³).

où :

• ρ est la masse volumique (ex: g/mL)
• m est la masse (ex: g)
• V est le volume (ex: mL)

Une fois que l'on a la masse, on peut utiliser la relation n = m/M pour trouver la quantité de matière.

Pour les gaz, la relation est un peu différente. Dans des conditions de température et de pression données, une mole de n'importe quel gaz occupe le même volume. Ce volume est appelé le volume molaire des gaz (V_m).

Dans les Conditions Normales de Température et de Pression (CNTP), V_m ≈ 22,4 L/mol. À température et pression ambiantes (environ 20°C et 1 atm), V_m ≈ 24,0 L/mol.

La relation est :

où :

• n est la quantité de matière en moles (mol)
• V_gaz est le volume du gaz en litres (L)
• V_m est le volume molaire des gaz en litres par mole (L/mol)