La mole et la quantité de matière

01Pourquoi compter par paquets ?

Les atomes, ions et molécules sont si petits et si nombreux dans un échantillon de matière qu'il est impossible de les compter un par un : une seule goutte d'eau contient déjà plusieurs milliers de milliards de milliards de molécules. Les chimistes ont donc besoin d'une unité adaptée pour compter ces entités microscopiques par très grands paquets, un peu comme on compte des œufs par douzaines ou du papier par rames. Cette unité s'appelle la mole, et c'est l'unité de la quantité de matière dans le Système international.

02Relier quantité de matière et nombre d'entités

La quantité de matière n, exprimée en moles, est reliée au nombre d'entités N contenues dans un échantillon par la relation N = n × N_A, avec N_A ≈ 6,02 × 10²³ mol⁻¹. Par exemple, une quantité de matière de 2 mol de molécules de dioxygène correspond à un nombre d'entités N = 2 × 6,02 × 10²³ ≈ 1,20 × 10²⁴ molécules. Inversement, si l'on connaît le nombre d'entités présentes dans un échantillon, on peut retrouver la quantité de matière correspondante en divisant ce nombre par N_A.

03Relier quantité de matière et masse

Dans la pratique, on ne compte pas les entités mais on pèse la matière : c'est pourquoi la masse molaire M est essentielle. La masse m d'un échantillon, sa quantité de matière n et sa masse molaire M sont reliées par la relation m = n × M, où m est exprimée en grammes, n en moles et M en grammes par mole. Par exemple, pour obtenir une quantité de matière n = 0,5 mol d'atomes de carbone (M(C) ≈ 12,0 g/mol), il faut peser une masse m = 0,5 × 12,0 = 6,0 g de carbone. Pour une molécule, la masse molaire s'obtient en additionnant les masses molaires atomiques de chaque atome qui la compose : la masse molaire de l'eau H₂O vaut ainsi M(H₂O) = 2 × M(H) + M(O) ≈ 2 × 1,0 + 16,0 = 18,0 g/mol.

04Méthode : calculer une quantité de matière à partir d'une masse

1. Identifie la masse molaire M de l'espèce chimique étudiée (donnée ou calculée à partir des masses molaires atomiques).
2. Relève la masse m de l'échantillon, en grammes.
3. Applique la relation n = m / M pour obtenir la quantité de matière en moles.

05Erreurs fréquentes

• ✗ Confondre la masse m (en g) et la quantité de matière n (en mol) : ce ne sont pas la même grandeur.
• ✗ Oublier d'additionner les masses molaires de tous les atomes d'une molécule pour obtenir sa masse molaire.
• ✗ Se tromper d'unité pour le nombre d'Avogadro : il s'exprime en mol⁻¹, pas en g/mol.