Quantité de matière
La mole
 

I. Une nouvelle unité de quantité de matière: la mole

1. Nécessité d'un changement d'échelle

La masse d'un atome où d'une molécule est très petite (de l'ordre de 10-26kg). De ce fait, les réactions chimiques font intervenir un nombre considérable d'entités chimiques. A titre d'exemple, un clou de masse 12,46g contient environ 1,33.1023 atomes (voir calcul dans la correction du TP).

Le nombre obtenu n'est évidemment pas pratique à manipuler car il s'agit d'un nombre extrêmement grand. Ce calcul met en évidence la nécessité d'introduire une nouvelle échelle, plus commode, pour manipuler des quantités de matière en chimie.

2. Définition de la mole

D'après ce qui précède, il est nécessaire de définir une nouvelle unité de quantité de matière:
 

Une mole représente une quantité de matière composée d'autant d'entités qu'il y a d'atomes dans 12,00g de carbone.

3. Constante d'Avogadro

Le nombre d'atomes contenus dans une mole de carbone est appelé nombre d'Avogadro et sera noté NA.

NA=6,02.1023 mol-1

Voir calcul du nombre d'Avogadro (correction du TP)
 

Une mole représente une quantité de matière composée de 6,02.1023 entités élémentaires.


II. Masses molaires

1. Masse molaire atomique

La masse molaire atomique d'un élément est la masse d'une mole d'atomes de cet élément, les proportions des différents isotopes étant celles que l'on rencontre dans la nature.
Les masses molaires atomiques figurent dans le tableau périodique des éléments.

Exemple: M(Cu)=63,5g.mol-1; M(H)=1,0g.mol-1; M(O)=16,0g.mol-1.

2. Masse molaire moléculaire

La masse molaire moléculaire est la masse d'une mole de molécules de l'espèce considérée.
On la calcule en effectuant la somme des masses molaires atomiques des atomes qui constituent la molécule.
 

Exemple:   

M(H2O) = 2.M(H) + M(O)

  <=>  

M(H2O) = 2.1 + 16

 

 

  <=>  

M(H2O)=18g.mol-1

3. Relation entre masse et quantité de matière

Soit M la masse d'une mole d'entités chimiques.
La masse de n moles de ces entités est m=n.M, d'où:
 

n: quantité de matière (en mol).
m: masse de l'échantillon (en g).
M: masse molaire (en g.mol-1).
III. Volume molaire

1. Définition

Dans les mêmes conditions de température et de pression, une mole de gaz occupe le même volume quelque soit sa nature.
 

On appelle volume molaire d'une espèce chimique le volume occupé par une mole de cette espèce. On le note Vm (unité: L.mol-1).

Remarque: Le volume molaire dépend de la température et de la pression.
Dans les conditions normales (P=1 atm et q=0°C), Vm=22,4L.
Dans les conditions usuelles (P=1 atm et q=20°C), Vm24L.

2. Volume et quantité de matière

Le volume V de n moles de gaz est V=n.Vm. On en déduit:
 

n: quantité de matière (en mol).
V: volume de gaz (en L).
Vm: volume molaire (en L.mol-1).

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