La masse molaire

La masse molaire
  1. Définition
  2. Masse molaire des nucléons
  3. Masse molaire atomique
  4. Liste de masses molaires atomiques
  5. Masse molaire moléculaire
  6. Liste de quelques masses molaires moléculaires
  7. Masse molaire ionique
  8. Masse molaire d’un composé ionique
  9. Déterminer une masse molaire
  10. Calculer une masse
  11. Calculer une quantité de matière

Définition de la masse molaire

Définition: la masse molaire d’une espèce chimique (atomique, moléculaire ou ionique) correspond à la masse que possède une mole de cette espèce chimique.

C’est une grandeur qui se note M (toujours en majuscule pour la distinguer de la masse) et qui peut être accompagnée du nom ou de la formule brute de l’espèce chimique concernée placée entre parenthèses ou en indice.

D’après cette définition, si l’on connait la masse mparticule d’une particule microscopique alors la masse molaire M de l’espèce chimique est donnée par la formule suivante:

M= mparticule . NA

Elle peut être exprimée comme le rapport de la masse « m » d’un échantillon de l’espèce chimique par la quantité de matière « n » contenue dans cet échantillon. Cette relation peut être traduite par la formule suivante:

Latex formula

 

  • M : masse molaire de l’espèce chimique en gramme par mol (g/mol ou g.mol-1)
  • m : masse de l’échantillon de l’échantillon en gramme (g)
  • n : quantité de matière de l’échantillon en mole (mol)

Masse molaire des nucléons

Rappel: les nucléons sont les particules qui constituent le noyau atomique, il en existes deux sortes qui sont les protons et les neutrons.
Les protons et les neutrons ont des masses très proches:

  • le proton a une masse de 1,672.10-27 kg
  • le neutron a une masse de 1,675.10-27 kg

Si l’on se limite à une précision de 3 chiffres significatifs alors on peut considérer qu’un nucléon (un neutron ou un proton) a une masse de 1,67.10-27 kg.
Dans ce cas la masse molaire des nucléons est:
Mnucleon = mnucleon.NA
= 1,67.10-27 . 6,02.1023 kg
= 1,00.10-3 kg/mol
= 1,00 g/mol

La masse molaire des nucléons est de 1 g/mol

Masse molaire atomique

Par définition, la masse molaire d’une espèce chimique atomique correspond à la masse d’une mole d’atomes or chaque atome est composé d’électrons et d’un noyau constitué de nucléons. Si le numéro atomique d’un atome est Z et son nombre de nucléons A alors il est composé de:

  • Z électrons
  • Z protons
  • A – Z neutrons

La masse de l’atome peut être considérée comme la somme des masses de ces particules mais on peut faire les approximations suivantes:

  • la masse des électrons (9,109.10-31kg) est négligeable devant celle des nucléons (1,67.10-27 kg) en particulier si l’on se limite à une précision de 3 chiffres significatifs, à 0,01. 10-27 kg près.
  • la masse d’un proton et d’un nucléon sont les mêmes, la masse d’un nucléon vaut environ 1,67.10-27 kg


On peut donc faire l’approximation que la masse d’un atome est celle des nucléons de son noyau et comme un nucléon a une masse molaire de 1,00 g/mol alors une espèce chimique atomique dont le nombre de nucléons est A possède donc une masse molaire de A.1,00 g/mol.

Le nombre de nucléons A (aussi appelé nombre de masse) d’une espèce chimique atomique correspond aussi à sa masse molaire exprimée en g/mol

Exemples
La masse molaire du carbone 12 est de 12 g/mol
Celle de l’oxygène 16 est de 16 g/mol
Celle du phosphore 31 est de 31 g/mol
etc

Pour connaître la masse molaire d’une espèce chimique atomique il suffit donc de consulter le tableau périodique et de repérer son nombre de nucléons.

Remarque
Le tableau périodique fournit souvent des expressions décimales du nombre de nucléons car elle se réfère au nombre moyen de nucléons d’un élément chimique dans un échantillon naturel qui est général constitué d’un mélange d’isotopes.

Liste de masses molaire atomiques

Elément Masse molaire
(g/mol)
Elément Masse molaire
(g/mol)
Actinium 227,0 Néon 20,2
Aluminium 27,0 Neptunium 237,0
Américium 243,0 Nickel 58,9
Antimoine 121,8 Niobium 92,9
Argent 107,9 Nobélium 259,0
Argon 39,9 Osmium 190,2
Arsenic 74,9 Or 197,0
Astate 210,0 Oxygène 16,0
Azote 14,0 Palladium 106,4
Baryum 137,3 Phosphore 31,0
Berkélium 247,0 Platine 195,1
Berrylium 9,0 Plomb 207,2
Bismuth 209,0 Plutonium 244
Bohrium 264 Polonium 209,0
Bore 10,8 Potassium 39,1
Brome 79,9 Praséodyme 140,9
Cadmium 112,4 Prométhium 145,0
Calcium 40,1 Protactinium 231,0
Californium 251,0 Radium 226,0
Carbone 12,0 Radon 222,0
Cérium 140,1 Rhénium 186,2
Césium 132,9 Rhodium 102,9
Chlore 35,5 Rubidium 85,5
Chrome 52,0 Ruthénium 101,1
Cobalt 58,9 Rutherfordium 261
Cuivre 63,5 Samarium 150,4
Curium 247,0 Scandium 45,0
Darmstadtium 281 Seaborgium 266
Dubnium 262 Sélénium 79,0
Dysprosium 162,5 Silicium 28,1
Einsteinium 254,0 Sodium 23,0
Erbium 167,3 Strontium 87,6
Etain 118,7 Soufre 32,1
Europium 152,0 Tantale 180,9
Fer 55,8 Technétium 98,9
Fermium 257,0 Tellure 127,6
Fluor 19,0 Terbium 158,9
Francium 223,0 Thallium 204,4
Gadolinium 157,3 Thorium 232,0
Gallium 69,7 Thulium 168,9
Germanium 72,6 Titane 47,9
Hafnium 178,5 Tungstène 183,9
Hassium 277 Ununbium 285
Hélium 4,0 Ununhexium 292
Holmium 164,9 Ununoctium 294
Hydrogène 1,0 Ununpentium 288
Indium 114,8 Ununquadium 289
Iode 126,9 Ununseptium 292
Iridium 192,2 Ununtrium 284
Krypton 83,8 Ununium 280
Lanthane 138,9 Uranium 238,0
Lawrencium 260,0 Vanadium 50,9
Lithium 6,9 Xénon 131,3
Lutétium 175,0 Ytterbium 173,0
Magnésium 24,3 Yttrium 88,9
Manganèse 54,9 Zinc 65,4
Meitnérium 268 Zirconium 91,2
Mendélevium 258,0
Mercure 200,6
Molybdène 95,9
Néodyme 144,2

Masse molaire moléculaire

Par définition une elle correspond à la masse d’une mole de molécules appartenant à la même espèce chimique. Etant donnée qu’une molécule est constituée d’atomes liés entre eux, elle peut être obtenue par addition des masses molaires atomiques de chacun de ses constituants.

Par exemple une molécule d’eau, de formule H2O est constituée d’un atome d’oxygène lié à deux atomes d’hydrogène par conséquent une mole de molécules d’eau contient une mole d’atomes d’oxygène et deux moles d’atomes d’hydrogène. La masse molaire de l’eau est donc égale à la somme de la masse molaire de l’oxygène et du double de celle de l’hydrogène ce qui peut se traduire par la relation suivante:
M(eau) = M(H2O) = 2.M(H) + M(O)
M(eau) = 2.1,0 + 16,0
M(eau) = 18,0 g/mol

Autres exemples

Le glucose a pour formule C6H12O6 :
M( C6H12O6 ) = 6.M(C) + 12.M(H) + 6.M(O)
M( C6H12O6 ) = 6.12,0 + 12.1,0 + 6.16,0
M( C6H12O6 ) = 180,0 g/mol

Le paracétamol a pour formule C8H9NO2 :
M(C8H9NO2) = 8.M(C) + 9.M(H) + M(N) + 2.M(O)
M(C8H9NO2) = 8.12,0 + 9.1,0 + 14,0 + 2.16,0
M(C8H9NO2) = 151,0 g/mol

Liste de quelques masses molaires moléculaires

Nom de l’espèce chimique Formule Masse molaire moléculaire (g/mol)
Acide acetique C2H4O2 60,0
Benzène C6H6 78,0
Butane C4H10 58,0
Caféïne C8H10N4O2 194,0
Chlorure d’hydrogène HCl 36,5
Diazote N2 28;0
Dichlore Cl2 71,0
Dihydrogène H2 2,0
Diiode I2 253,8
Dioxyde de carbone CO2 44,0
Dioxygène O2 32,0
Eau H2O 18,0
Ethane C2H6 30,0
Ethanol C2H6O 46,0
Ibuprofène C13H18O2 206,0
Méthane CH4 16,0
Ozone O3 48,0
Paracétamol C8H9NO2 151,0
Pentane C5H12 72,0
Propane C3H8 44,0

 

Masse molaire ionique

Un ion monoatomique ne diffère d’un atome que par un défaut ou un excès d’un ou plusieurs électrons or la masse de ces derniers est négligée lors du calcul d’une masse molaire atomique, par conséquent on peut faire l’approximation que la masse molaire d’un ion monoatomique est la même que celle de l’atome dont il dérive.

Exemple
L’ion sodium Na+ : sa masse molaire atomique du sodium (23,0 g/mol)
L’ion cuivre Cu2+ : sa masse molaire atomique du cuivre (63,5 g/mol)
etc

On peut faire la même approximation concernant la masse molaire d’un ion polyatomique, elle est la somme des masses molaires atomiques de ses éléments.

Exemples
L’ion carbonate a pour formule chimique CO32-, sa masse molaire est:
M(CO32-) = M(C) + 3.M(O)
= 12 + 3.16
= 60 g/mol
L’ion acétate a pour formule chimique C2H3O2, sa masse molaire est:
M(C2H3O2) = 2.M(C) + 3.M(H) + 2.M(O)
= 2.12 + 3.1,0 + 2.16
= 59 g/mol

Masse molaire d’un composé ionique

Un composé ionique est une espèce chimique solide à température ambiante qui consiste en l’association d’un cation (un ion positif) et d’un anion (un ion négatif)
Sa masse molaire peut être obtenue au choix:
– En additionnant la masse molaire du cation et de l’anion si ces dernières sont connues
– En additionnant la masse molaire atomique de chaque élément comme on pourrait le faire pour une molécule.

Exemples
La masse molaire du sulfate de cuivre (CuSO4) peut être obtenue par addition de la masse molaire de l’ion cuivre et de l’ion sulfate:
M(CuSO4) = M(Cu2+) + M(SO42-)
On peut également la déterminer par addition de la masse molaire du cuivre, du soufre et de 4 masses molaires de l’oxygène:
M(CuSO4) = M(Cu) + M(S) + 4.M(O)

Déterminer une masse molaire

Si la nature et la formule d’une espèce chimique sont connues alors il est possible de déterminer la masse molaire de cette espèce à partir des masses molaires atomiques indiquées dans le tableau périodique (en suivant les méthodes des paragraphes précédents)
Par ailleurs si la masse (m) et la quantité de matière (n) d’un échantillon d’une espèce chimique pure sont connues alors la masse molaire peut être calculée grâce la relation qui définit la masse molaire comme le rapport:

Latex formula

Calculer une masse

Il est également possible de modifier la relation entre masse molaire (M), masse (m) et quantité de matière (n) afin d’exprimer la masse

m = M.n

Cette relation peut par exemple être utile pour déterminer la masse des réactifs à utiliser pour être dans les conditions stöechiométriques d’une transformation chimique.

Calculer une quantité de matière

La relation qui définit la masse molaire M d’une espèce chimique comme le rapport de la masse m d’un échantillon de matière par la quantité de matière « n » peut être modifié pour exprimer la quantité de matière:

Latex formula

Cette relation peut par exemple être utile pour déterminer la quantité de matière obtenue lors d’une synthèse chimique (ou lors de toute transformation chimique en général)

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