Pour comprendre comment les substances réagissent entre elles, il est très important de savoir mesurer leur quantité. On ne peut pas compter chaque atome ou molécule, alors on utilise des outils pour les mesurer indirectement.
Mole
Un "paquet" qui contient un très grand nombre d'entités chimiques (atomes, molécules, ions). Ce nombre est toujours le même : 6,02 x 10^23.
Quantité de matière (n)
C'est le nombre de moles d'une substance dans un échantillon. On l'exprime en moles (mol).
Masse molaire (M)
C'est la masse d'une mole de substance. Elle s'exprime en grammes par mole (g/mol).
Masse volumique (μ ou ρ)
C'est la masse d'une substance par unité de volume. Elle s'exprime souvent en grammes par millilitre (g/mL).
Concentration en quantité de matière (C)
C'est le nombre de moles de soluté (la substance dissoute) présentes dans un litre de solution. Elle s'exprime en moles par litre (mol/L).
Le nombre de moles et la quantité de matière
Comme il est impossible de compter chaque atome ou molécule, on les regroupe en 'paquets' appelés moles. Une mole contient toujours le même nombre d'entités, appelé nombre d'Avogadro (NA = 6,02 x 1023).
La quantité de matière (n) est le nombre de ces paquets (moles) présents. On peut la calculer si on connaît le nombre total d'entités (N) ou inversement : N = n × NA.
Calcul de la quantité de matière à partir du nombre d'entités
Relation entre quantité de matière (macroscopique) et nombre d'entités (microscopique)
La masse molaire (M)
La masse molaire (M) est la masse d'une mole de substance. Elle permet de relier la masse (m) d'un échantillon à sa quantité de matière (n).
On distingue la masse molaire atomique (pour les atomes, donnée par le tableau périodique) et la masse molaire moléculaire (calculée en additionnant les masses molaires atomiques des atomes qui composent la molécule).
Calcul de la quantité de matière à partir de la masse
Calcul de la masse molaire moléculaire de l'alanine
Masse volumique et quantité de matière
La masse volumique (μ ou ρ) nous dit quelle est la masse (m) d'un certain volume (V) de matière : μ = m / V. Elle est utile pour les liquides et les solides.
En combinant la masse volumique avec la masse molaire, on peut trouver la quantité de matière à partir du volume d'un échantillon : n = (μ × V) / M.
La quantité de matière d'un gaz
Pour les gaz, dans des conditions de température et de pression normales, une mole de n'importe quel gaz occupe le même volume. C'est le volume molaire (Vm).
Le volume molaire standard est d'environ 22,4 L/mol à 0°C et 24,0 L/mol à 20°C. La quantité de matière d'un gaz est alors n = V / Vm.
La concentration d'une espèce en solution
Une solution est un mélange où une substance (le soluté) est dissoute dans un liquide (le solvant). La concentration nous indique la quantité de soluté présente dans la solution.
Il existe deux types de concentrations principales :
- Concentration en masse (Cm): C'est la masse de soluté par litre de solution (Cm = m / V).
- Concentration en quantité de matière (C): C'est le nombre de moles de soluté par litre de solution.
On peut passer de l'une à l'autre grâce à la masse molaire : Cm = C × M.
Calcul de la concentration en quantité de matière
A retenir :
Voici un résumé des relations clés pour calculer la quantité de matière :
- De N (nombre d'entités) à n (moles) : n = N / NA
- De m (masse) à n (moles) : n = m / M
- De V (volume liquide/solide) à n (moles) : n = (μ × V) / M
- De V (volume de gaz) à n (moles) : n = V / Vm
- De C (concentration en quantité de matière) à n (moles) : n = C × V
- De Cm (concentration en masse) à n (moles) : n = (Cm × V) / M
Schéma récapitulatif des relations entre masse, volume, quantité de matière et concentrations
