Qu’est-ce qu’une mole ?
Les atomes et les molécules réagissent un à un, mais personne ne peut les compter un à un. La mole est l’unité de comptage de la chimie — une douzaine, portée à 6,022×1023 objets (le nombre d’Avogadro, NA), défini exactement depuis la révision du SI de 2019. Son tour de magie : un atome de carbone pèse 12,011 unités de masse atomique, et une mole d’atomes de carbone pèse 12,011 grammes — mêmes chiffres, unités changées. Ainsi la masse molaire (g/mol) convertit instantanément la masse lue sur la balance en nombre de particules qui réagissent, ce qui constitue tout le métier de la stœchiométrie.
La seule règle à retenir : une mole compte des particules, et non une masse. Une mole de chaque substance contient le même nombre de molécules — mais leurs masses sont aussi différentes que les substances elles-mêmes.
Le tableau périodique est un catalogue de masses
La case de chaque élément dans le tableau périodique porte sa masse atomique moyenne ; additionnez-les par unité formulaire et vous obtenez la masse molaire. L’exemple, Ca3(PO4)2 (phosphate de calcium), se décompose en 3 Ca + 2 P + 8 O = 3(40,078) + 2(30,974) + 8(15,999) = 310,174 g/mol, et le panneau détaille la contribution en grammes de chaque élément. Les parenthèses multiplient ce qu’elles contiennent, et le point de CuSO4·5H2O ajoute cinq molécules d’eau de cristallisation — les deux sont traités par le même analyseur. Compter les molécules d’eau compte : CuSO4·5H2O vaut ≈ 249,7 g/mol, et non ≈ 159,6.
Composition centésimale
Divisez la contribution massique de chaque élément par la masse molaire et vous obtenez son pourcentage massique — le chiffre qu’imprime une étiquette nutritionnelle ou un sac d’engrais (« source de P2O5, 20 % de P »). L’eau est l’exemple classique : H contribue 2(1,008) = 2,016 g et O contribue 15,999 g sur 18,015 g, si bien que l’eau est constituée de 11,19 % d’hydrogène et 88,81 % d’oxygène en masse — un rappel que « surtout de l’hydrogène » en nombre d’atomes diffère beaucoup en poids.
Formule brute ou formule moléculaire
Une formule brute est le plus petit rapport entier d’atomes (CH2O) ; une formule moléculaire est le nombre réel d’atomes dans la molécule (C6H12O6, le glucose — six fois le même rapport). L’analyse de combustion fournit des pourcentages massiques ; les convertir passe par les moles : les 40,00 % de C, 6,71 % de H, 53,29 % d’O de l’exemple deviennent 3,330 : 6,657 : 3,331 mol, qui se simplifient en 1 : 2 : 1 — CH2O, de masse brute 30,026 g/mol. Pour passer de la formule brute à la formule moléculaire, il faut la masse molaire : n = 180,16 ÷ 30,026 = 6,000, donc la molécule est (CH2O)6. Beaucoup de substances (eau, ammoniac, CO2) sont déjà à n = 1, où les deux formules coïncident.
Grammes, moles, particules
Le panneau Mole/Gramme/Particule parcourt tout le triangle d’un seul coup : l’exemple convertit 18,015 g d’eau en exactement 1,000000 mol et 6,022×1023 molécules — et, comme chaque H2O compte trois atomes, 1,807×1024 atomes. Ce triangle est le moteur de tous les problèmes de stœchiométrie de la page Équilibreur d’équations et de toutes les molarités de la page Solutions.
Idées reçues courantes
- Une mole de n’importe quoi pèse à peu près la même chose. Une mole compte des particules ; une mole de H2 pèse 2 g, une mole d’or pèse 197,0 g — même nombre, masses très différentes.
- Les pourcentages se convertissent directement en indices. Ils doivent d’abord passer par une division par la masse atomique (en moles) — les 6,71 % d’hydrogène apportent davantage d’atomes que les 53,29 % d’oxygène précisément parce que les atomes H sont si légers.
- La formule moléculaire est toujours une version plus grande de la formule brute. Seulement lorsque n > 1. Pour H2O, les deux sont identiques, et le cas n = 1,000 du panneau moléculaire est courant.
- Les masses atomiques sont des entiers exacts multipliés par l’unité de masse atomique. Les valeurs indiquées sont des moyennes pondérées par l’abondance des isotopes — les 35,45 g/mol du chlore sont le mélange de 35-Cl et de 37-Cl.
Outils associés : Tableau périodique (les masses atomiques que cette page additionne), Équilibreur d’équations (stœchiométrie fondée sur la mole), et Solutions (moles par litre).
