Sciences · Chimie
La mole en chimie
La mole est l’unité de quantité de matière du Système international. Une mole contient exactement 6,022 140 76 × 10²³ entités (atomes, molécules ou ions) : c’est le nombre d’Avogadro.
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Les atomes et les molécules sont si petits qu’une goutte d’eau en contient des milliers de milliards de milliards. Pour compter à l’échelle humaine, les chimistes les regroupent en « paquets » géants, comme on compte les œufs par douzaines : ce paquet, c’est la mole (symbole mol). Elle fait le lien entre ce que l’on pèse sur une balance et le nombre de particules qui réagissent.
Avant 2019, la mole était définie comme le nombre d’atomes contenus dans 12 grammes de carbone 12 ; les deux définitions sont pratiquement équivalentes. Voir les unités du Système international.
Les formules essentielles
| Formule | Grandeurs | Unités |
|---|---|---|
n = N / Nₐ | n quantité de matière, N nombre d’entités | mol ; sans unité |
n = m / M | m masse, M masse molaire | mol ; g ; g/mol |
C = n / V | C concentration molaire, V volume de solution | mol/L ; L |
Cm = m / V | Cm concentration en masse | g/L |
Cm = C × M | lien entre les deux concentrations | g/L |
n = V / Vm | Vm volume molaire d’un gaz | L/mol |
La masse molaire
La masse molaire atomique d’un élément est la masse d’une mole de ses atomes. Elle figure dans le tableau périodique et vaut numériquement la masse atomique en unités de masse atomique : M(H) = 1,0 g/mol, M(C) = 12,0 g/mol, M(O) = 16,0 g/mol.
La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires des atomes de la molécule.
| Substance | Formule | Masse molaire (g/mol) |
|---|---|---|
| Dihydrogène | H₂ | 2,0 |
| Eau | H₂O | 18,0 |
| Diazote | N₂ | 28,0 |
| Dioxygène | O₂ | 32,0 |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | 44,0 |
| Chlorure de sodium | NaCl | 58,5 |
| Éthanol | C₂H₆O | 46,0 |
| Glucose | C₆H₁₂O₆ | 180,0 |
| Saccharose | C₁₂H₂₂O₁₁ | 342,0 |
Exercices corrigés
Le volume molaire des gaz
Selon la loi d’Avogadro-Ampère (1811-1814), des volumes égaux de gaz différents, à la même température et à la même pression, contiennent le même nombre de molécules. Le volume d’une mole de gaz ne dépend donc pas de sa nature, seulement de T et P :
| Conditions | Volume molaire Vm |
|---|---|
| 0 °C et 1 atm (101 325 Pa) | 22,4 L/mol |
| 20 °C et 1 atm | 24,0 L/mol |
| 25 °C et 1 bar | 24,8 L/mol |
Il se calcule par la loi des gaz parfaits : Vm = R × T / P (voir les états de la matière).
La mole dans les réactions chimiques
Les coefficients d’une équation chimique donnent les proportions en moles. C’est tout l’intérêt de la mole : elle permet de passer des masses pesées aux nombres de particules qui réagissent.
Méthode générale (voir la réaction chimique) :
- Écrire et équilibrer l’équation.
- Convertir les masses ou volumes donnés en moles.
- Utiliser les coefficients pour trouver les moles de l’espèce cherchée.
- Reconvertir en masse (
m = n × M) ou en volume.
Se représenter le nombre d’Avogadro
6 × 10²³ est un nombre difficile à imaginer :
- 6 × 10²³ grains de sable d’un millimètre cube occuperaient environ 600 000 km³, de quoi recouvrir la France métropolitaine sur plus d’un kilomètre d’épaisseur ;
- à raison d’un nombre par seconde, il faudrait environ 19 millions de milliards d’années pour compter jusqu’à 6 × 10²³, plus d’un million de fois l’âge de l’Univers ;
- une mole de pièces de 1 centime d’euro (1,67 mm d’épaisseur) empilées formerait une colonne d’environ 10¹⁸ km, soit à peu près le diamètre de la Voie lactée.
Questions fréquentes
Pourquoi le nombre d’Avogadro vaut-il 6,022 × 10²³ ?
Parce qu’il a été choisi historiquement pour qu’une mole de carbone 12 pèse exactement 12 grammes. Ainsi, la masse molaire en g/mol d’un élément est numériquement égale à sa masse atomique. Le nombre lui-même porte le nom d’Amedeo Avogadro, mais il a été estimé pour la première fois par Josef Loschmidt (1865) puis mesuré par Jean Perrin, qui lui a donné son nom en 1909.
Quelle est la différence entre masse et masse molaire ?
La masse (en g) est celle de l’échantillon que l’on pèse. La masse molaire (en g/mol) est une propriété de la substance : la masse d’une mole de celle-ci. Elles sont reliées par m = n × M.
Comment passer des grammes aux moles ?
On divise la masse par la masse molaire : n = m / M. Par exemple, 88 g de CO₂ correspondent à 88 / 44 = 2 mol.
Qu’est-ce que la molarité ?
C’est la concentration molaire, en mol/L : le nombre de moles de soluté par litre de solution. Une solution « 1 M » contient 1 mole de soluté par litre.