Mole (unité)

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Mole

Système	Unités de base du système international
Unité de...	Quantité de matière
Symbole	mol
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La mole (symbole : mol^[1]) est une unité 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 autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 12 grammes de carbone 12.

Une mole d’atomes contient environ 6,02214040×10²³ atomes^[3]. Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro, son symbole est N_A.

Intérêt

Formulé de manière plus compréhensible, la mole est une unité de comptage au même titre que la centaine, la vingtaine ou la douzaine, sauf que cette unité de comptage est 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'atomes 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 éviter 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, en français comme en anglais, le terme molécule-gramme ou atome-gramme pour désigner la masse moléculaire (masse molaire). Le terme provenait du latin « molecula », signifiant « petite masse » (la terminaison -culus, -cula, étant un diminutif). Un augmentatif est finalement apparu pour désigner la quantité de matière : la mole^[4].

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

Multiples

Multiples actuels : Préfixes du système international d'unités.

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
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^[5]	ymol	Quadrillionième

**Anciens multiples et sous-multiples de la mole**^[6]
10ⁿ	Préfixe	Symbole	Nombre en français	Nombre en chiffre
10⁴	myriamole	mamol	Dix mille	10 000
10^-4	myriomole	momol	Dix-millième	0,000 1

Ordres de grandeur

Pour donner un ordre de grandeur, une mole de secondes représenterait un peu plus de 4 millions de fois l'estimation de l'âge de la Terre : ~19×10¹⁵ ans.

Une mole de grains de maïs éclaté permettrait de recouvrir la surface des États-Unis d'une couche uniforme d'une épaisseur d'environ 14 km^[7].

Une mole de grains de sable de 0,1 mm (sable très fin) est contenue dans un volume de 10 km³, soit celui d'un cube de 2,15 km de côté^[8].

Enfin, si l'on empilait une mole de feuilles de papier à lettre (épaisseur d'environ 110 µm), la hauteur de la pile avoisinerait les 6 000 années-lumière (1 al ~ 10×10¹⁶ m, 1,1×10⁻⁴×6,02×10²³ ~ 6×10¹⁹ m).

Formules

$n = \frac{m}{\mathrm M}$

n : quantité de matière en mol
m : masse du composé en g
M : masse molaire du composé en g·mol⁻¹

$n = \rm \frac{V}{V_m}$

n : quantité de matière en mol
V : volume du gaz en L (litres)
V_m : volume molaire du composé en L·mol⁻¹

$n = \frac{x}{N_\mathrm A}$

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

$n = \mathrm C \cdot \mathrm V$

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

Notes et références

↑ Bureau international des poids et mesures, « Résolution 3 de la 14^e CGPM (1971) »
↑ La définition rigoureuse de la mole a été proposée en 1967 et adoptée en 1971 [PDF], p. 4
↑ Mise à jour de la constante d'Avogadro par le projet Avogadro
↑ Étymologie des noms d'unités de mesure
↑ Une yoctomole n'a pas de sens réel, puisqu'elle correspond à moins d'un atome ; cinq yoctomoles est la quantité minimale ayant un sens réel, puisqu'elle correspond à environ trois atomes.
↑ The Edinburgh Encyclopedia
↑ (en) Kotz,Treichel et Weaver, Chemistry & Chemical Reactivity
↑ Cf. livre de référence.^[Lequel ?]

Voir aussi

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.

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