Masse Molaire - Constitution et Transformation de la Matière

Le concept de mole a été introduit au début du XXe siècle, mais c'est à partir de 1971 que la mole devient une unité fondamentale du Système International (SI).

La masse molaire permet de relier directement la masse mesurable en laboratoire à la quantité de matière exprimée en moles.

La masse molaire représente la masse d'une quantité de matière égale à une mole (soit 6,022 × 10²³ particules).

Elle dépend de la composition de l'espèce chimique (atomes qui la constituent).

La masse molaire atomique d'un élément est indiquée dans le tableau périodique des éléments.

Elle correspond à la masse moyenne d'un atome de cet élément, exprimée en g·mol⁻¹.

• Hydrogène (H) : M(H) = 1,0 g·mol⁻¹
• Carbone (C) : M(C) = 12,0 g·mol⁻¹
• Azote (N) : M(N) = 14,0 g·mol⁻¹
• Oxygène (O) : M(O) = 16,0 g·mol⁻¹
• Sodium (Na) : M(Na) = 23,0 g·mol⁻¹
• Chlore (Cl) : M(Cl) = 35,5 g·mol⁻¹

La masse molaire moléculaire s'obtient en additionnant les masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans la molécule.

On utilise la formule brute du composé pour effectuer le calcul.

Formule : H₂O

Composition : 2 atomes d'hydrogène + 1 atome d'oxygène

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

Formule : CO₂

Composition : 1 atome de carbone + 2 atomes d'oxygène

M(CO₂) = 1 × M(C) + 2 × M(O) = 1 × 12,0 + 2 × 16,0 = 44,0 g·mol⁻¹

1. Identifier la formule brute du composé
2. Lister les éléments chimiques présents
3. Compter le nombre d'atomes de chaque élément
4. Rechercher la masse molaire atomique de chaque élément
5. Multiplier chaque masse molaire atomique par le nombre d'atomes correspondant
6. Additionner tous les résultats obtenus

Formule brute : C₆H₁₂O₆

Éléments présents : Carbone (C), Hydrogène (H), Oxygène (O)

Nombre d'atomes : 6 C, 12 H, 6 O

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

Où M est la masse molaire, m la masse de l'échantillon et n la quantité de matière.

À partir de la formule principale, on peut déduire :

• Calcul de la quantité de matière à partir de la masse
• Calcul de la masse à partir de la quantité de matière
• Vérification de la pureté d'une substance
• Calcul des proportions dans une réaction chimique

Glucose : C₆H₁₂O₆

6 atomes de carbone, 12 atomes d'hydrogène, 6 atomes d'oxygène

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

M(C₆H₁₂O₆) = 180,0 g·mol⁻¹

CO₂ : 1 atome de carbone + 2 atomes d'oxygène

M(CO₂) = 1 × M(C) + 2 × M(O) = 1 × 12,0 + 2 × 16,0 = 44,0 g·mol⁻¹

n = m/M = 4,4/44,0 = 0,1 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

m = n × M = 0,25 × 58,5 = 14,625 g ≈ 14,6 g

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 masse molaire est essentielle pour convertir les volumes en quantités de matière.

Dans les réactions chimiques, les rapports entre les quantités de matière sont donnés par les coefficients stœchiométriques. La masse molaire permet de passer des masses aux quantités de matière.

Pour préparer 100 mL d'une solution de glucose à 0,1 mol·L⁻¹ :

n(glucose) = c × V = 0,1 × 0,1 = 0,01 mol

m(glucose) = n × M = 0,01 × 180,0 = 1,8 g

On doit donc dissoudre 1,8 g de glucose dans de l'eau pour obtenir 100 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.

Assurer la cohérence des unités dans les calculs.

Toujours compter tous les atomes dans une molécule.

Prendre en compte les indices dans la formule brute.

• Toujours écrire la formule avant de faire le calcul
• Vérifier que l'unité du résultat est correcte
• Estimer l'ordre de grandeur du résultat
• Utiliser le tableau périodique pour les masses atomiques

La masse molaire est la masse d'une mole d'une espèce chimique.

Unité : g·mol⁻¹

Formule : M = m/n

M = Σ(nombre d'atomes × masse molaire atomique)

On additionne les masses molaires atomiques de tous les atomes de la molécule.

• M = m/n
• m = n × M
• n = m/M

• Toujours utiliser le tableau périodique pour les masses atomiques
• Compter soigneusement les atomes dans une molécule
• Vérifier les unités dans les calculs
• Apprendre par cœur les masses molaires des éléments les plus courants