Quantité de matière

La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques. L'unité qui lui correspond est la mole.

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

Formules concernant les quantités de matières

Définition

La quantité de matière se définit comme suit^[1] :
$n=\frac{N}{N_A}$
Avec :

- n : la quantité de matière exprimée en mol
- N : le nombre d'entités en jeux (molécules, ions, atomes, électrons, etc..) qui n'a pas d'unité
- N_A : la constante d'Avogadro qui vaut 6,02214179 x 10²³ mol^-1 (valeur recommandée par Codata^[2]).

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

La quantité de matière est reliée à plusieurs facteurs et peut donc s'exprimer différemment selon les données et paramètres.

Lien avec la masse molaire d'une espèce

$n=\frac{m}{M}$
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 gramme par mol (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

$n=\frac{ \rho.V}{M}$
Avec :

- n : la quantité de matière exprimée en moles (mol)
- ρ: la masse volumique exprimée en gramme par mètre cube (g.m^-3)
- V : le volume exprimé en mètre cubes (m³)
- M : la masse molaire de l'espèce qui correspond à la masse d'une mole de cette espèce, et s'exprime en gramme par mol (g.mol^-1).

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

Lien avec le volume molaire

$n=\frac{V}{V_m}$
Cette relation s'applique aux gaz.
Avec :

- n : la quantité de matière exprimée en moles (mol)
- V : le volume de l'échantillon de gaz exprimé en mètre cubes (m³)
- 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 mètre cube par mole (m³.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 à 0 °C et 24,789 598 dm³/mol à 25 °C.

Loi des gaz parfaits

$n= P \frac{V}{RT}$
Avec :

- n : la quantité de matière exprimée en moles (mol)
- P : la pression exprimée en Pascal (Pa)
- V : le volume exprimé en mètre cube (m³)
- T : la température exprimée en Kelvin (K)
- R : la constante des gaz parfait, qui vaut 8,314 472 Pa.m³.K^-1.mol^-1. Valeur recommandée par Codata^[3].

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

Lien avec la concentration

$n={c}\times{V}$
Avec :

- C : la concentration molaire exprimée en mole 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.

Références

1. ↑ IUPAC. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry - the Green Book - Second Edition, Blackwell Sciences, (1993), p. 41.
2. ↑ CODATA value: Avogadro constant, NIST. Consulté le 2007-10-20
3. ↑ CODATA value: molar gas constant, NIST. Consulté le 2007-10-20

Voir aussi

• Masse molaire
• Volume molaire
• Concentration molaire