Conversion unités/moles - Constitution et Transformation de la Matière

La mole a été introduite au début du XXe siècle comme unité fondamentale du Système International.

Elle permet de quantifier les réactions chimiques de manière pratique et cohérente.

Calculons la quantité de matière dans 36 g d'eau (H₂O).

M(H₂O) = 2 × 1,0 + 16,0 = 18,0 g·mol⁻¹

n = m/M = 36/18,0 = 2,0 mol

Il y a donc 2,0 moles d'eau dans 36 g.

À température et pression normales (conditions standards), le volume occupé par une mole de gaz parfait est constant.

Le volume molaire est noté Vm et vaut environ 24,0 L·mol⁻¹ dans les conditions usuelles de laboratoire (θ = 20°C, P = 1,013 bar).

Où :

• n est la quantité de matière en moles (mol)
• V est le volume en litres (L)
• Vm est le volume molaire en litres par mole (L·mol⁻¹)

La constante d'Avogadro, notée NA, est le nombre d'entités élémentaires (atomes, molécules, ions, etc.) dans une mole.

NA = 6,022 × 10²³ mol⁻¹

Où :

• n est la quantité de matière en moles (mol)
• N est le nombre d'entités (atomes, molécules, ions...)
• NA est la constante d'Avogadro (6,022 × 10²³ mol⁻¹)

Glucose : C₆H₁₂O₆

M(C₆H₁₂O₆) = 6 × M(C) + 12 × M(H) + 6 × M(O)

M(C₆H₁₂O₆) = 6 × 12,0 + 12 × 1,0 + 6 × 16,0

M(C₆H₁₂O₆) = 72,0 + 12,0 + 96,0 = 180,0 g·mol⁻¹

n = m/M = 180/180,0 = 1,0 mol

n = V/Vm = 48,0/24,0 = 2,0 mol

n = N/NA = (1,204 × 10²⁴)/(6,022 × 10²³)

n = (1,204/6,022) × 10²⁴⁻²³ = 0,200 × 10¹ = 2,0 mol

NaCl : 1 atome de sodium + 1 atome de chlore

M(NaCl) = 1 × M(Na) + 1 × M(Cl) = 1 × 23,0 + 1 × 35,5 = 58,5 g·mol⁻¹

n = m/M = 58,5/58,5 = 1,0 mol

n = V/Vm = 12,0/24,0 = 0,5 mol

n = N/NA = (3,011 × 10²³)/(6,022 × 10²³)

n = 3,011/6,022 = 0,5 mol

En chimie, on prépare souvent des solutions de concentration connue. Pour cela, on calcule la masse de soluté nécessaire à partir de la quantité de matière souhaitée et de la masse molaire.

Les dosages permettent de déterminer la concentration d'une solution. La conversion des volumes en quantités de matière est essentielle.

Dans les réactions chimiques, les rapports entre les quantités de matière sont donnés par les coefficients stœchiométriques. Les conversions sont nécessaires pour passer des masses aux quantités de matière.

Pour préparer 500 mL d'une solution de glucose à 0,1 mol·L⁻¹ :

n(glucose) = c × V = 0,1 × 0,5 = 0,05 mol

M(glucose) = 180,0 g·mol⁻¹

m(glucose) = n × M = 0,05 × 180,0 = 9,0 g

On doit donc dissoudre 9,0 g de glucose dans de l'eau pour obtenir 500 mL de solution.

Ne pas confondre la masse (exprimée en grammes) avec la quantité de matière (exprimée en moles).

La masse molaire permet de passer de l'une à l'autre.

Faire attention aux unités : la masse molaire s'exprime en g·mol⁻¹, le volume molaire en L·mol⁻¹.

Assurer la cohérence des unités dans les calculs.

La constante d'Avogadro est très grande (6,022 × 10²³), ce qui peut entraîner des erreurs de calcul.

Utiliser la notation scientifique pour faciliter les calculs.

• Toujours écrire les formules avant de faire les calculs
• Vérifier que l'unité du résultat est correcte
• Estimer l'ordre de grandeur du résultat
• Utiliser des conversions intermédiaires si nécessaire

n = m/M

Où n est la quantité de matière en moles, m la masse en grammes et M la masse molaire en g·mol⁻¹.

n = V/Vm

Où n est la quantité de matière en moles, V le volume en litres et Vm le volume molaire en L·mol⁻¹.

n = N/NA

Où n est la quantité de matière en moles, N le nombre d'entités et NA la constante d'Avogadro.

• Toujours vérifier les unités dans les calculs
• Utiliser les masses molaires précises
• Prendre en compte les conditions de température et de pression pour les gaz
• Utiliser la notation scientifique pour les grands nombres