Gramme par mole
Pour prendre 6,022·10²³ molécules d’eau, le chimiste ne les compte pas. Il pèse 18,015 g. Ce nombre, c’est la masse molaire : combien de grammes pèse une mole d’une substance. Pour le sel, elle vaut 58,44 g/mol, pour le sucre 342,3, pour l’hémoglobine environ 64 500.
On calcule la masse molaire en additionnant les masses atomiques selon la formule de la molécule. Les masses atomiques se mesurent au spectromètre de masse : un aimant trie les ions selon leur masse, et les plus lourds suivent un arc plus ouvert. L’unité SI est le kg/mol, mais les laboratoires écrivent g/mol. Ainsi, le nombre est égal à la masse de la molécule en daltons.
| Notation | g/mol · dans le SI kg/mol |
| Définition | M = m / n — la masse d’une substance divisée par sa quantité de matière |
| Valeurs de référence | M(¹²C) = 12,000 000 012 6 g/mol · M_u = 1,000 000 001 05 g/mol |
| Introduite | masses atomiques en grammes — depuis le XIXe siècle · kg/mol — depuis l’entrée de la mole dans le SI, en 1971 |
| Normes | ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · CIAAW 2021 |
| Valeurs typiques | 18,015 g/mol — eau · 180,16 — glucose · 64 500 — hémoglobine |
01 · Définition
La masse d’une mole
Prenez une substance et divisez sa masse par sa quantité de matière en moles. Vous obtenez la masse molaire M. Pour un corps pur, elle est constante. 9 g d’eau font 0,5 mol, 36 g font 2 mol, et le rapport vaut toujours 18,015 g/mol.
On la calcule d’après la formule de la molécule. On prend la masse atomique de chaque élément dans la table de l’IUPAC, on la multiplie par le nombre d’atomes et on additionne. Les masses atomiques sont des moyennes sur le mélange naturel des isotopes. C’est pourquoi le chlore a 35,45 et non un nombre entier.
Construisez une molécule et pesez une mole
Les boules sont les atomes de la molécule, leur taille croît avec la masse atomique. La bande en dessous montre la même masse en parts : quelle fraction de la masse molaire revient à chaque élément. Noir pour le carbone, bleu pour l’hydrogène, vert pour l’azote, framboise pour l’oxygène, gris pour le chlore.
Ce qui entre dans le spectromètre
Chaque alvéole contient la formule topologique d’une substance de l’expérience. Les angles et les extrémités des traits sont des atomes de carbone, les hydrogènes qu’ils portent ne sont pas dessinés, un trait double est une liaison double. L’azote est marqué en vert, l’oxygène en framboise. Sous la formule, le nombre vert est la masse molaire en g/mol. Au centre, la caféine : une étincelle bleue parcourt ses cycles.
L’aimant trie les ions selon leur masse
Au centre, un spectromètre de masse en coupe. La vapeur de la substance entre dans la source, un filament chauffé arrache des électrons aux molécules, la tension U accélère les ions. Dans le champ magnétique B, un ion suit un arc de rayon r = √(2mU/e) / B : plus il est lourd, plus l’arc est ouvert. Les pointillés bleus sont des faisceaux d’ions de masses différentes ; leur éclat indique la part de ces molécules dans la nature. L’écart entre les faisceaux est agrandi 8 fois sur le dessin, sinon les masses voisines se fondraient en un seul arc. Seul le faisceau dont le rayon vaut exactement 200 mm passe par la fente du collecteur, qui s’allume en framboise. Le champ varie lentement, et l’écran de droite trace le spectre en ligne framboise ; le trait bleu indique la masse qui se trouve à la fente en ce moment. Sous l’écran, une balance : on y pose exactement une mole de la substance. Le pupitre de gauche affiche la masse molaire et le mode de l’appareil. Un clic sur le spectromètre règle le champ sur le pic le plus haut, un clic sur la balance y pose une mole. Si l’on ne touche à rien pendant 20 s, les expériences se déroulent toutes seules.
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02 · Conversion
| {n} | {v} | {note} |
Le dalton et le g/mol donnent le même nombre, mais ce sont des grandeurs différentes. Le dalton est la masse d’une molécule, le g/mol la masse d’une mole. Depuis 2019, les nombres ne coïncident plus exactement : selon CODATA 2022, ils diffèrent de 1,05·10⁻⁹, bien au-delà de ce que mesure une balance.
Les tables d’ingénierie utilisent le kg/kmol et le lb/lb-mol. Le nombre y est le même qu’en g/mol : la kilomole est mille fois plus grande que la mole, et le kilogramme aussi. La livre-mole vaut 453,59 mol.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
La masse atomique d’un élément dépend de l’endroit où l’échantillon a été prélevé. L’hydrogène de l’eau de mer et celui du gaz naturel ne contiennent pas la même part de deutérium. C’est pourquoi la CIAAW donne pour l’hydrogène un intervalle, 1,007 84–1,008 11, et l’on utilise dans les calculs la valeur conventionnelle 1,008. De ce fait, la masse molaire de l’eau n’est exacte que jusqu’au cinquième chiffre.
L’échelle elle-même repose sur le carbone 12. Jusqu’en 2019, M(¹²C) valait exactement 12 g/mol par définition. Depuis que la mole est définie par le nombre d’Avogadro, on la mesure : selon CODATA 2022, elle vaut 12,000 000 012 6 g/mol avec une incertitude de 3,7·10⁻⁹ g/mol. Un chimiste ne verra pas la différence.
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