La quantité de matière, exprimée en moles (mol), est une grandeur fondamentale en chimie qui permet de relier le nombre d'entités microscopiques (atomes, molécules, ions) à une échelle macroscopique. Elle est intrinsèquement liée à la masse molaire, qui représente la masse d'une mole de ces entités.
Mole (mol)
Unité de la quantité de matière. Une mole d'une espèce chimique contient un nombre fixe d'entités élémentaires (atomes, molécules, ions), égal à la constante d'Avogadro.
Constante d'Avogadro (N_A)
Nombre d'entités élémentaires (atomes, molécules, ions) contenues dans une mole de substance. Sa valeur est N_A = 6,02 x 10^23 mol^-1.
Masse molaire (M)
Masse d'une mole d'une espèce chimique (atome, molécule ou ion), exprimée en grammes par mole (g.mol^-1).
Masse molaire atomique
Masse d'une mole d'atomes d'un élément. Elle est donnée dans le tableau périodique des éléments.
Masse molaire moléculaire/ionique
Somme des masses molaires atomiques des atomes qui constituent la molécule ou l'ion.
La mole et la constante d'Avogadro La mole est l'unité de base pour exprimer la quantité de matière. Elle permet de quantifier un très grand nombre d'entités chimiques. Le lien entre le nombre d'entités (N) et la quantité de matière (n) est établi par la constante d'Avogadro (N_A).
Relation entre quantité de matière et nombre d'entités
Où n est la quantité de matière en moles (mol), N est le nombre d'entités (sans unité) et N_A est la constante d'Avogadro (6,02 x 10^23 mol^-1).
La masse molaire La masse molaire (M) est une propriété caractéristique de chaque espèce chimique, indiquant la masse en grammes d'une mole de cette substance. Elle est essentielle pour convertir une masse mesurable en laboratoire en une quantité de matière utilisable pour les calculs stœchiométriques.
Définition et calcul de la masse molaire
Pour un atome, la masse molaire atomique est directement lue dans le tableau périodique (par exemple, M(C) = 12,0 g.mol^-1). Pour une molécule ou un ion, la masse molaire est la somme des masses molaires de tous les atomes qui la composent. Par exemple, pour H₂O, M(H₂O) = 2 x M(H) + 1 x M(O).
Relation entre masse molaire, masse et quantité de matière
Où M est la masse molaire en g.mol^-1, m est la masse de l'échantillon en grammes (g) et n est la quantité de matière en moles (mol).
Cas particulier des gaz : le volume molaire Pour les gaz, la quantité de matière peut également être déterminée à partir de leur volume, grâce au volume molaire (V_m). Le volume molaire est le volume occupé par une mole de gaz dans des conditions de température et de pression données.
Relation entre quantité de matière, volume et volume molaire d'un gaz
Où n est la quantité de matière en moles (mol), V est le volume du gaz en litres (L) et V_m est le volume molaire en L.mol^-1. Dans les conditions normales de température et de pression (20 °C et 1013 hPa), le volume molaire des gaz est d'environ 24,0 L.mol^-1.
La concentration en quantité de matière Pour les solutions, la quantité de matière d'un soluté est souvent exprimée par sa concentration en quantité de matière (ou concentration molaire), qui représente le nombre de moles de soluté par litre de solution.
Définition de la concentration en quantité de matière
Où c est la concentration en mol.L^-1, n est la quantité de matière de soluté en moles (mol) et V_solution est le volume de la solution en litres (L).
A retenir :
- La mole est l'unité de quantité de matière, représentant 6,02 x 10^23 entités (Constante d'Avogadro N_A).
- La masse molaire (M) est la masse d'une mole d'une substance, exprimée en g.mol^-1.
- On calcule la masse molaire moléculaire en additionnant les masses molaires atomiques des éléments qui composent la molécule.
- La quantité de matière (n) peut être calculée à partir de la masse (m) et de la masse molaire (M) : n = m / M.
- Pour les gaz, la quantité de matière peut aussi être calculée à partir du volume (V) et du volume molaire (V_m) : n = V / V_m.
- La concentration en quantité de matière (c) d'une solution est le rapport de la quantité de matière de soluté (n) sur le volume de la solution (V_solution) : c = n / V_solution.