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Le calcul de la masse molaire est indispensable pour effectuer tout calcul stoechiométrique portant sur la masse ou le volume de composés chimiques. Cela inclut les calculs liés à la fois aux réactions chimiques et à la composition des différents types de composés connus de la science.
Qu’est-ce que la masse molaire ?
Comme son nom l’indique, la masse molaire n’est rien de plus que la masse d’une mole d’atomes, de molécules ou d’unités de formule. C’est-à-dire qu’il représente la somme des masses d’un nombre d’Avogadro de ces particules, soit, ce qui revient au même, de 6 022,10 23 particules.
La masse molaire est exprimée en unités de masse par mole ou de masse par mole -1 . Les unités les plus couramment utilisées dans le domaine scientifique et dans la plupart des pays qui ont adopté le Système international d’unités sont g/mol.
Cependant, il existe d’autres unités fréquemment utilisées en ingénierie, telles que le kg/mol ; Dans des pays comme les États-Unis et le Libéria, où le système d’unités impérial est utilisé, lb/lb-mol est souvent utilisé.
Étapes pour calculer la masse molaire
Le calcul de la masse molaire est très simple. Il suffit d’additionner les masses molaires de tous les atomes qui composent une substance chimique. Pour ce faire, nous avons seulement besoin d’un tableau périodique et de connaître la formule chimique de la substance. Vous trouverez ci-dessous les étapes nécessaires pour calculer la masse molaire de tout composé ou substance chimique.
Étape 1 : Écrivez la formule chimique et déterminez quels éléments sont présents
Les substances chimiques, qu’il s’agisse d’éléments ou de composés chimiques, peuvent être représentées par différents types de formules chimiques. Dans le cas le plus simple, la formule est simplement une liste ordonnée des éléments qui composent la substance ainsi que le nombre d’atomes de chaque élément qui sont présents.
Cependant, il existe des cas où des formules structurelles sont présentées qui rendent difficile le calcul de la masse molaire, il est donc préférable de convertir ces formules structurelles en formules moléculaires plus faciles à lire.
Exemple:
La figure suivante montre la formule structurelle du 2-oxopropanoate de sodium. Comme la structure est écrite, il est difficile de déterminer la masse molaire, donc la première étape consiste à prendre la formule structurelle et à déterminer sa formule moléculaire.
Comme vous pouvez le voir, dans ce cas, le composé est composé d’atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et de sodium.
Étape 2 : Compter le nombre d’atomes de chaque élément présent
La deuxième information importante dont nous avons besoin est le nombre d’atomes de chaque type dans le composé. Ce nombre est évident dans les cas où nous avons la formule moléculaire simple. Cela se produit parce que la formule moléculaire simple consiste précisément en une liste des symboles de chaque élément qui compose la substance, avec un indice qui indique le nombre de fois que ledit élément apparaît dans la structure. Cependant, il faut faire attention avec les formules moléculaires qui ont des parenthèses et d’autres signes de regroupement, car les indices de ces parenthèses multiplient tous les indices internes.
Il est pratique de disposer ces informations dans un petit tableau pour faciliter les calculs ultérieurs. En plus du symbole de chaque élément et du nombre d’atomes de chaque type, nous ajouterons également deux autres colonnes et une ligne :
- Une colonne pour la masse atomique de chaque élément
- Une autre colonne pour la masse molaire totale que chaque élément contribue à la masse molaire du composé.
- Une rangée à la fin pour le calcul de la masse molaire totale.
Exemple:
Dans le cas du 2-oxopropanoate de sodium illustré ci-dessus, la formule est C 3 H 3 NaO 3 , donc ce composé contient 3 atomes C, 3 atomes H, 1 atome Na et 3 atomes O. Le tableau ressemblerait à ceci :
| Élément | nombre d’atomes | Masse atomique (relative) | Masse totale par élément (relative) |
| C | 3 | ||
| h | 3 | ||
| n / A | 1 | ||
| SOIT | 3 | ||
| MASSE MOLAR TOTALE = |
Le nombre total d’atomes n’est pas pertinent pour le calcul de la masse molaire, mais dans certains calculs stoechiométriques, il est utile.
REMARQUE : Des précautions doivent être prises avec les formules composées contenant des eaux d’hydratation. D’abord parce qu’il est très fréquent d’oublier d’ajouter les atomes d’hydrogène et d’oxygène de l’eau au nombre total de ces atomes lors du calcul de la masse molaire. Deuxièmement, parce que les eaux d’hydratation ont généralement un coefficient qui indique le nombre de molécules d’eau présentes par unité du composé anhydre, ce qui implique que le nombre total d’atomes H et O présents dans l’eau doit être multiplié par ledit coefficient pour calculer la masse molaire correctement.
Exemple:
Dans le cas du sulfate de cuivre (II) pentahydraté, chaque unité de sulfate de cuivre est associée à 5 molécules d’eau, comme le montre la formule complète : CuSO 4 ·5H 2 O. Dans ce cas, le nombre total d’hydrogènes est de 5 x 2 = 10 et le nombre total d’oxygènes est 4 + 5 x 1 = 9.
Étape 3 : Trouver les masses atomiques des éléments sur un tableau périodique
Les valeurs des masses atomiques molaires respectives peuvent être trouvées dans n’importe quel tableau périodique. Ceux-ci montrent en fait la masse atomique relative de chaque élément, mais celle-ci est numériquement égale à la masse molaire, donc tout ce que vous avez à faire est d’ajouter les unités de g/mol (ou lb/lb-mol si vous utilisez le système) . impérial) lors du placement du résultat des calculs.
Le tableau périodique répertorie tous les éléments connus classés par leur numéro atomique. Chaque élément se trouve dans une cellule qui contient des quantités variables d’informations, mais presque tous incluent les masses atomiques relatives quelque part. Pour savoir à quelle donnée correspond la masse atomique, il faut regarder la légende, qui se trouve généralement dans l’espace vide au-dessus des métaux de transition.
La figure suivante montre un exemple de cette légende, mettant en évidence le champ où la masse atomique relative de chaque élément apparaît sur ce tableau périodique particulier.
Comme nous pouvons le voir, dans ce cas, les masses atomiques correspondent aux données trouvées dans le coin supérieur gauche de chaque cellule. Cependant, ce n’est pas toujours le cas, il est donc important de toujours revoir la légende pour éviter d’utiliser les mauvaises données.
Une fois que tous les éléments dont nous avons besoin sont localisés, nous remplissons le tableau avec les masses atomiques respectives.
Exemple
En continuant avec l’exemple du 2-oxopropanoate de sodium, après addition des masses atomiques, le tableau ressemble à ceci :
| Élément | nombre d’ atomes | Masse atomique (relative) | Masse totale par élément (relative) |
| C | 3 | 12 011 | |
| h | 3 | 1 008 | |
| n / A | 1 | 22 990 | |
| SOIT | 3 | 15 999 | |
| MASSE MOLAR TOTALE = |
Étape 4 : Multiplier et additionner
Pour trouver la masse totale que chaque élément contribue à la masse molaire du composé, nous devons multiplier la masse atomique de chacun par le nombre d’atomes de ce type présents dans la formule. Une fois cette opération effectuée, tous les résultats sont additionnés pour obtenir la masse molaire. À ce stade, les unités respectives sont ajoutées ( g/mol ou lb/lb-mol, selon le cas).
Exemple
Dans notre exemple, cela revient à multiplier les valeurs des deuxième et troisième colonnes, placer les résultats dans la dernière colonne, puis additionner ces valeurs pour obtenir la masse molaire :
| Élément | nombre d’ atomes | Masse atomique (relative) | Masse totale par élément (relative) |
| C | 3 | 12 011 | 36 033 |
| h | 3 | 1 008 | 3 024 |
| n / A | 1 | 22 990 | 22 990 |
| SOIT | 3 | 15 999 | 47 997 |
| MASSE MOLAR TOTALE = | 110,044 g/mol |
Masse molaire, masse atomique, masse moléculaire et masse de formule
Avant d’apprendre à calculer la masse molaire, certains concepts connexes fréquemment confondus doivent être brièvement clarifiés. Ce sont les concepts de masse atomique, de masse moléculaire et de masse de formule , qui sont souvent utilisés de manière interchangeable avec la masse molaire. Cependant, ce ne sont pas les mêmes.
Comme on peut le déduire des noms, la masse atomique, moléculaire et de formule correspond respectivement à la masse d’un atome, d’une molécule et d’une unité de formule. En revanche, la masse molaire représente la masse d’une mole de telles particules. De plus, étant des masses, ces trois variables sont exprimées en unités de masse qui peuvent être des grammes, des kilogrammes, des livres ou toute autre, bien qu’il soit d’usage d’utiliser une unité spéciale appelée unité de masse atomique.
Malgré leurs différences, compte tenu de la définition de la mole et de l’unité de masse atomique, cette dernière est numériquement égale à la masse molaire, qui représente la source de la confusion.
Masses atomiques et moléculaires et formules relatives
Au niveau conceptuel, parler de calculer une masse molaire en ajoutant des masses atomiques est une erreur. Cependant, sur le plan pratique, cela ne fait aucune différence, puisque les masses atomiques molaires et les masses atomiques exprimées en amu (unités de masse atomique) sont numériquement égales.
Cependant, cette confusion et tout problème potentiel avec les unités impériales sont résolus en utilisant des unités de masse relatives au lieu de valeurs absolues. Ces masses relatives sont constituées des masses atomiques ou moléculaires respectives divisées par un douzième de la masse de l’isotope du carbone 12. Cette division provoque l’annulation des unités et, par conséquent, toutes les masses relatives sont sans dimension et peuvent être utilisées dans n’importe quel contexte simplement en les multipliant par la masse absolue ou molaire du carbone 12 divisée par 12.
Exemple de calcul de masse molaire
Calcul de la masse molaire de sulfate ferrique heptahydraté
Étape 1 : La formule de ce composé est Fe 2 (SO 4 ) 3 ·7H 2 O, il est donc composé de fer (Fe), de soufre (S), d’oxygène (O) et d’hydrogène (H).
Étape 2 : Le nombre total de chaque élément est :
- Foi = 2
- S = 1 x 3 = 3
- Ou = 4 x 3 + 7 x 1 = 19
- H = 7 x 2 = 14
| Élément | nombre d’ atomes | Masse atomique (relative) | Masse totale par élément (relative) |
| Foi | 2 | ||
| S | 3 | ||
| SOIT | 19 | ||
| h | 14 | ||
| MASSE MOLAR TOTALE = |
Étape 3 : Les masses atomiques relatives obtenues à partir du tableau périodique sont :
- Foi = 55 845
- S = 32 060
- OU = 15 999
- H = 1 008
| Élément | nombre d’ atomes | Masse atomique (relative) | Masse totale par élément (relative) |
| Foi | 2 | 55 845 | |
| S | 3 | 32 060 | |
| SOIT | 19 | 15 999 | |
| h | 14 | 1 008 | |
| MASSE MOLAR TOTALE = |
Étape 4:
| Élément | nombre d’ atomes | Masse atomique (relative) | Masse totale par élément (relative) |
| Foi | 2 | 55 845 | 111 690 |
| S | 3 | 32 060 | 96 180 |
| SOIT | 19 | 15 999 | 303 981 |
| h | 14 | 1 008 | 14 112 |
| MASSE MOLAR TOTALE = | 525,963 g/mol |
Les références
CALCUL DE LA MASSE MOLAR . (2021, 26 janvier). Cours pour l’UNAM. https://cursoparalaunam.com/calculo-de-la-masa-molar
Comment calculer le poids moléculaire ? Exemples et exercices . (2021, 18 mai). Unibetas. https://unibetas.com/molecular-weight/
Notion de poids moléculaire . (sd). Ouah. https://www.guao.org/tercer_ano/quimica/concepto_de_peso_molecular-concepto_de_peso_molecular
Exemples de masse molaire . (2015, 18 octobre). Chimie.NET. https://www.quimicas.net/2015/10/ejemplos-de-masa-molar_18.html
En ligneGuerra M., L. (2019). Réactions stoechiométriques . UAEH. https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/b_sahagun/2019/lgm-quiminorganica.pdf
Meyer. (sd). Fiche de données de sécurité – Sulfate ferrique hydraté . Réactifs chimiques Meyer. http://reactivosmeyer.com.mx/datos/pdf/reactivos/hds_1345.pdf
