Qu’est-ce qu’une mole en chimie ?
Une mole est une unité de comptage que les chimistes utilisent pour les atomes et les molécules, comme une douzaine signifie 12. Une mole contient 6,022 × 10²³ particules, un nombre appelé nombre d’Avogadro. La masse d’une mole d’une substance en grammes, sa masse molaire, découle directement des masses atomiques du tableau périodique : elle permet donc de passer des grammes à un nombre de particules.
Une unité de comptage, comme une douzaine
On utilise des mots particuliers pour compter des choses par groupes : une paire, c’est 2, une douzaine, c’est 12, et une ramette de papier, c’est 500 feuilles. Les chimistes ont eux aussi besoin d’un mot pour un groupe, car les atomes sont bien trop petits et trop nombreux pour être comptés un à un. Leur unité est la mole, notée mol.
Une mole de n’importe quoi contient 6,022 × 10²³ particules, soit 602 200 000 000 000 000 000 000. Les particules peuvent être des atomes, des molécules ou des ions ; il est donc utile de préciser lesquelles : une mole d’eau signifie 6,022 × 10²³ molécules d’eau.
Pour se rendre compte de l’énormité de ce nombre, imaginez compter une particule par seconde sans jamais vous arrêter. Compter jusqu’à une mole prendrait environ 19 millions de milliards d’années, soit plus d’un million de fois l’âge de l’Univers.
Le nombre d’Avogadro
Le nombre 6,022 × 10²³ s’appelle le nombre d’Avogadro, ou la constante d’Avogadro, en l’honneur du scientifique italien Amedeo Avogadro. Il a été choisi à l’origine pour qu’une mole d’atomes de carbone 12 ait une masse de 12 grammes. Depuis 2019, sa valeur est fixée exactement à 6,02214076 × 10²³, mais 6,022 × 10²³ est assez précis pour presque tous les problèmes.
Masse molaire : du tableau périodique aux grammes
La masse molaire d’un élément est la masse d’une mole de ses atomes, mesurée en grammes par mole (g/mol). Elle a la même valeur numérique que la masse atomique du tableau périodique. La masse atomique du carbone est 12,011 : une mole d’atomes de carbone a donc une masse de 12,011 g. Celle de l’oxygène est 15,999 : une mole d’atomes d’oxygène a donc une masse de 15,999 g.
Pour un composé, additionnez les masses molaires de tous les atomes de sa formule. L’eau, H₂O, a 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène : 2 × 1,008 + 15,999 = 18,015 g/mol. Le dioxyde de carbone, CO₂ : 12,011 + 2 × 15,999 = 44,009 g/mol. Le sel de table, NaCl : 22,99 + 35,45 = 58,44 g/mol.
Convertir des grammes en moles
Pour transformer une masse en grammes en moles, divisez par la masse molaire : moles = masse ÷ masse molaire. Les grammes se simplifient et laissent des moles, ce qui permet de vérifier que vous avez divisé dans le bon sens.
Exemple résolu : combien de moles y a-t-il dans 250 g d’eau, à peu près un verre ? La masse molaire de l’eau est 18,015 g/mol, donc 250 ÷ 18,015 = 13,88 mol, arrondi à deux décimales.
Pour trouver le nombre de molécules, multipliez les moles par le nombre d’Avogadro : 13,88 × 6,022 × 10²³ ≈ 8,36 × 10²⁴ molécules d’eau dans un verre.
Convertir des moles en grammes
Pour aller dans l’autre sens, multipliez le nombre de moles par la masse molaire : masse = moles × masse molaire.
Exemple résolu : quelle est la masse de 2,5 mol de sel de table ? 2,5 mol × 58,44 g/mol = 146,1 g. Un autre : quelle est la masse de 0,5 mol de dioxyde de carbone ? 0,5 mol × 44,009 g/mol = 22,00 g, et cette quantité contient 0,5 × 6,022 × 10²³ = 3,011 × 10²³ molécules.
Voyez la mole comme un pont. Divisez les grammes par la masse molaire pour obtenir des moles, puis multipliez les moles par 6,022 × 10²³ pour obtenir des particules. Pour revenir des particules aux grammes, effectuez les opérations inverses dans l’ordre inverse.
Points clés
- Une mole est une unité de comptage égale à 6,022 × 10²³ particules, un nombre appelé nombre d’Avogadro.
- La masse molaire d’un élément en g/mol est égale à sa masse atomique dans le tableau périodique, comme 12,011 g/mol pour le carbone.
- Additionnez les masses atomiques pour obtenir la masse molaire d’un composé : H₂O fait 18,015 g/mol et CO₂ fait 44,009 g/mol.
- Divisez les grammes par la masse molaire pour obtenir des moles, et multipliez les moles par la masse molaire pour obtenir des grammes.
- Multipliez les moles par 6,022 × 10²³ pour trouver le nombre d’atomes ou de molécules.
Testez-vous
Trois questions rapides sur cette leçon.
1. Combien de particules y a-t-il dans une mole d’une substance ?
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6,022 × 10²³ — Une mole contient toujours le nombre d’Avogadro de particules, 6,022 × 10²³.2. Quelle est la masse molaire du dioxyde de carbone, CO₂ ?
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44,009 g/mol — Additionnez un atome de carbone et deux atomes d’oxygène : 12,011 + 2 × 15,999 = 44,009 g/mol.3. Combien de moles y a-t-il dans 116,88 g de sel de table (NaCl, 58,44 g/mol) ?