Quantité de matière

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La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités rationnelles chimiques ou physiques.

L'unité qui lui correspond, dans le système international (SI) est la mole.

La quantité de matière ne doit pas être confondue avec la masse qui fait référence aussi au concept d'énergie et qui s'exprime en kilogrammes.

L'expression « quantité de matière » n'a été définie qu'en 1969[1]. L'expression « nombre de moles » préexistante reste répandue parmi les chimistes. En revanche, le terme « quantité chimique » est admis comme synonyme de quantité de matière et est utilisé dans certains ouvrages[2].

Formules concernant les quantités de matières[modifier | modifier le code]

Définition[modifier | modifier le code]

La quantité de matière se définit comme suit[3] :

n=\frac{N}{N_A}
  • n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ;
  • N : le nombre d'entités en jeu (molécules, ions, atomes, électrons, etc.) qui n'a pas d'unité ;
  • NA : la constante d'Avogadro qui vaut 6,02214129×1023 mol-1 (valeur recommandée par CODATA[4]).

Cette formule permet de faire le lien entre le niveau microscopique (nombre gigantesque d'entités) et le niveau macroscopique (quantité de substance couramment manipulée en chimie).

La quantité de matière est une grandeur extensive.

Formules dérivées[modifier | modifier le code]

La quantité de matière dénombrant des entités rationnelles chimiques ou physiques, elle peut être reliée à d'autres grandeurs en fonction de la nature ou des propriétés de ces entités.

Lien avec la masse molaire d'une espèce[modifier | modifier le code]

n=\frac{m}{M}

Avec :

  • n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ;
  • m : la masse de l'échantillon exprimée en grammes (g) ;
  • M : la masse molaire de l'espèce qui correspond à la masse d'une mole de cette espèce, et s'exprime en grammes par mole (g·mol−1).

Cette relation permet de prélever un nombre voulu de moles d'une substance sous forme solide, souvent en poudre.

Lien avec la masse volumique d'une espèce[modifier | modifier le code]

n=\frac{ \rho.V}{M}

Avec :

  • n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ;
  • \rho : la masse volumique exprimée en grammes par litre (g·L−1) ;
  • V : le volume exprimé en litres (L) ;
  • M : la masse molaire de l'espèce qui correspond à la masse d'une mole de cette espèce, et s'exprime en grammes par mole (g·mol−1).

Cette formule est utile pour prélever une quantité choisie de matière d'un liquide, connaissant par exemple sa densité que l'on peut relier à la masse volumique.

Lien avec le volume molaire d'un gaz[modifier | modifier le code]

n=\frac{V}{V_m}

Cette relation ne s'applique qu'aux gaz, avec :

  • n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ;
  • V : le volume de l'échantillon de gaz exprimé en litres (L) ;
  • Vm : le volume molaire qui correspond au volume d'une mole de gaz dans les mêmes conditions de température et de pression que celles de l'échantillon, exprimé en litres par mole (L·mol−1).

Le volume molaire est employé pour les gaz et dépend donc des conditions de température et de pression. À la pression de 100 kPa (1 bar), il est égal à 22,710 980 dm3·mol-1 à °C et 24,789 598 dm3·mol-1 à 25 °C.

Loi des gaz parfaits[modifier | modifier le code]

n= P \frac{V}{RT}

Avec :

  • n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ;
  • P : la pression exprimée en pascals (Pa) ;
  • V : le volume exprimé en mètres cubes (m3) ;
  • T : la température exprimée en kelvins (K) ;
  • R : la constante universelle des gaz parfaits, qui vaut 8,314 472 Pa·m3·K-1·mol-1 (valeur recommandée par CODATA[5]).

Cette formule s'applique aux gaz et n'est a priori valable que dans le cadre du modèle de gaz parfait, qui reste néanmoins une bonne approximation dans de nombreux cas.

Lien avec la concentration[modifier | modifier le code]

n={C}\times{V}

Avec :

  • C : la concentration molaire exprimée en moles par litre (mol·L−1) ;
  • n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ;
  • V : le volume exprimé en litres (L).

Ceci est utilisé par exemple pour déterminer le volume d'une solution de concentration donnée pour procéder à une dilution. La concentration molaire s'exprime en fonction de la quantité de matière et du volume.

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « amount of substance », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology (« Gold Book »), 2e éd. (1997). Version corrigée en ligne:  (2006-).
  2. Peter W. Atkins, Éléments de Chimie Physique, De Boeck Université, 1996
  3. Union internationale de chimie pure et appliquée (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (« Green Book »), 2e édition, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. p. 41. Version électronique.
  4. « CODATA value: Avogadro constant », NIST (consulté le 20 octobre 2007)
  5. « CODATA value: molar gas constant », NIST (consulté le 20 octobre 2007)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]