Mole (unité)

Mole
Informations
Système Unités de base du Système international
Unité de… Quantité de matière
Symbole mol

La mole (symbole : mol[1]) est une des unités de base du Système international, adoptée en 1971[2], qui est principalement utilisée en physique et en chimie. La mole est la quantité de matière d'un système contenant exactement 6,022 140 76 × 1023 entités élémentaires[3]. Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro (ou constante d'Avogadro), son symbole est NA et sa dimension est l'inverse d'une mole (mol−1).

Pour donner un ordre de grandeur, le même nombre de grains de pop-corn permettrait de recouvrir la surface des États-Unis d'une couche uniforme d'une épaisseur d'environ 14 km[4].

Les résolutions prises par le BIPM lors de la 26ème CGPM en novembre 2018, décrètent qu'à partir du 20 mai 2019 une mole contient exactement 6,022 140 76 × 1023 entités élémentaires. Cette nouvelle définition vient remplacer la définition de la mole en vigueur depuis 1971. Ce nombre, appelé « nombre d’Avogadro », correspondra à la valeur numérique fixée de la constante d’Avogadro, NA, lorsqu’elle est exprimée en mol-1[5] .

Intérêt

La mole est une unité de comptage, au même titre que la centaine, la vingtaine ou la douzaine, mais qui ne sert qu’à compter les atomes ou les molécules. Elle a la particularité d’être immense (environ six cent mille milliards de milliards d'unités). De la même manière qu'il y a autant d'éléments dans une douzaine de pommes que dans une douzaine d'œufs, il y a le même nombre d'entités dans une mole de carbone que dans une mole de plomb (c'est-à-dire 602 214 milliards de milliards d'atomes).

Un échantillon de matière de taille macroscopique contient un très grand nombre d'atomes. Par exemple, 6 grammes d'aluminium contiennent environ 1,34 × 1023 atomes (134 000 000 000 000 000 000 000 atomes, soit 134 000 milliards de milliards). Pour simplifier l’écriture en évitant l'utilisation d'aussi grands nombres, on a créé une unité de mesure, la mole (dans le cas présent, 6 grammes d'aluminium représentent 0,22 mole d'atomes).

Les transformations chimiques sont modélisées par des équations faisant apparaître quelques unités d'atomes et de molécules. Le passage à la mole est donc une homothétie qui permet de passer de l'échelle microscopique à une échelle macroscopique où toutes les grandeurs deviennent facilement mesurables.

L'intérêt de la constante d'Avogadro provient du fait que la masse d'une mole d'atomes ou masse molaire atomique, lorsqu'elle est exprimée en grammes, correspond en première approximation au nombre de nucléons de l'atome considéré (27 nucléons pour l'aluminium).

Étymologie

Initialement, on utilisait les termes molécule-gramme et atome-gramme pour désigner la masse moléculaire (masse molaire). Le terme molécule est formé à partir du mot latin moles, signifiant « masse », sous l’influence de corpuscule, qui désigne quelque chose de très petit. Une abréviation est finalement apparue pour désigner la quantité de matière : la mole.

Le nom de « mole » date de 1897 et est une reprise (francisée dans la prononciation) de l'unité allemande Mol, utilisée par le chimiste Wilhelm Ostwald en 1894.

Multiples

Comme toutes les unités, les multiples de la mole sont décrits avec les préfixes du Système international d'unités. Son sous-multiple le plus courant est la millimole (mmol, 10−3 mol). Il est essentiel d'indiquer la nature des entités élémentaires : une mole d’atomes, de molécules, d’ions, d’électrons, d’autres particules, de groupes de particules, etc.

10n Préfixe Symbole Nombre[6]
1024 yottamole Ymol Quadrillion
1021 zettamole Zmol Trilliard
1018 examole Emol Trillion
1015 pétamole Pmol Billiard
1012 téramole Tmol Billion
109 gigamole Gmol Milliard
106 mégamole Mmol Million
103 kilomole kmol Mille
102 hectomole hmol Cent
101 décamole damol Dix
100 mole mol Un
10−1 décimole dmol Dixième
10−2 centimole cmol Centième
10−3 millimole mmol Millième
10−6 micromole μmol Millionième
10−9 nanomole nmol Milliardième
10−12 picomole pmol Billionième
10−15 femtomole fmol Billiardième
10−18 attomole amol Trillionième
10−21 zeptomole zmol Trilliardième
10−24 yoctomole[7] ymol Quadrillionième

Formules

  • n : quantité de matière en moles (mol)
  • m : masse du composé en grammes (g)
  • M : masse molaire du composé en grammes par mole (g·mol−1)

  • n : quantité de matière en moles (mol)
  • V : volume du gaz en litres (L)
  • Vm : volume molaire du composé en litres par mole (L·mol−1)

  • n : quantité de matière en moles (mol)
  • x : nombre d'entités chimiques (sans dimension)
  • NA : nombre d'Avogadro (mol−1)

  • n : quantité de matière en moles (mol)
  • C : concentration molaire en moles par litre (mol·L−1)
  • V : volume du liquide en litres (L)

Notes et références

  1. Bureau international des poids et mesures, « Résolution 3 de la 14e CGPM (1971) »
  2. La définition rigoureuse de la mole a été proposée en 1967 et adoptée en 1971 [PDF], p. 4
  3. (en + fr) Bureau International des Poids et Mesures, Résolutions adoptées - 26e CGPM, , 16 p. (lire en ligne), page 5
  4. (en) Kotz, Treichel et Weaver, Chemistry & Chemical Reactivity
  5. « Convocation de la Conférence générale des poids et mesures (26e réunion) », sur https://www.bipm.org/fr/about-us/
  6. L'échelle longue utilisée ici est la référence dans les pays francophones, notamment en France et au Canada, ainsi que, généralement, en Europe (sauf en Grande-Bretagne). L'échelle courte est utilisée avant tout par les États-Unis d'Amérique, le Brésil, la Grande-Bretagne et les autres pays de langue anglaise (sauf le Canada).
  7. Une yoctomole correspond à moins d'un atome ; cinq yoctomoles est la quantité minimale correspondant à quelque chose de concret, et correspond à environ trois atomes.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

  • La mole, sur le site math-sciences de l'académie de Rouen, octobre 2001.
  • (Histoire des sciences) Le texte d'Avogadro (1811) à l'origine du nombre d'Avogadro, en ligne et commenté sur le site BibNum.