La masse molaire est la masse d'une mole d'une substance, en grammes par mole (g/mol). Pour la trouver, additionnez la masse atomique standard de chaque atome de la formule chimique. L'eau, H₂O, donne 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 g/mol.
Une mole est un mot de dénombrement, comme une douzaine. Une mole représente 6.02214076 × 10²³ particules de quelque chose. La masse molaire répond à la question pratique qui suit : si je veux ce nombre de particules, combien dois-je en peser ? La réponse se trouve sur le tableau périodique, élément par élément, et la formule indique combien il faut en compter à chaque fois.
Les trois étapes
1. Comptez chaque élément dans la formule. Les indices multiplient l'atome qui les précède. Un indice après une parenthèse multiplie tout ce qui se trouve à l'intérieur. Ainsi, Ca(OH)₂ contient un calcium, deux oxygènes et deux hydrogènes — le 2 s'applique aux deux atomes de la parenthèse, pas seulement à l'hydrogène.
2. Multipliez chaque total par la masse atomique de cet élément. Prenez le nombre indiqué sous le symbole sur le tableau périodique. Le carbone vaut 12.011, l'hydrogène 1.008, l'oxygène 15.999.
3. Additionnez les résultats. Le total est la masse molaire en grammes par mole. Mieux vaut garder les décimales jusqu'à la dernière étape, puis arrondir une seule fois.
Exemple résolu : l'eau, H₂O
Deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène. Hydrogène : 2 × 1.008 = 2.016. Oxygène : 1 × 15.999 = 15.999. Additionnez : 2.016 + 15.999 = 18.015 g/mol. Une mole d'eau pèse donc environ 18 grammes, à peu près une cuillère à soupe.
Exemple résolu : le glucose, C₆H₁₂O₆
Six carbones, douze hydrogènes, six oxygènes. Carbone : 6 × 12.011 = 72.066. Hydrogène : 12 × 1.008 = 12.096. Oxygène : 6 × 15.999 = 95.994. Le total donne 180.156 g/mol. Remarquez que le carbone et l'oxygène font presque tout le travail : l'hydrogène représente douze des vingt-quatre atomes mais moins de 7 % de la masse.
Exemple résolu : l'hydroxyde de calcium, Ca(OH)₂
C'est la parenthèse que l'on confond le plus souvent. Ca(OH)₂ signifie un calcium plus deux groupes OH, donc deux oxygènes et deux hydrogènes. Calcium : 40.078. Oxygène : 2 × 15.999 = 31.998. Hydrogène : 2 × 1.008 = 2.016. Total : 74.092 g/mol.
Les hydrates : le point dans CuSO₄·5H₂O
Ce point n'est ni une multiplication ni une virgule décimale. Il indique que le cristal transporte des molécules d'eau avec lui, et le nombre qui le précède dit combien. CuSO₄·5H₂O correspond à une unité de sulfate de cuivre plus cinq molécules d'eau entières : 159.61 + 5 × 18.015 = 249.68 g/mol. Oublier l'eau est l'une des erreurs les plus courantes dans un calcul de labo, car cela change la réponse de plus d'un tiers.
Masse molaire, masse moléculaire, masse formulaire
Il s'agit du même nombre utilisé de façons légèrement différentes. La masse moléculaire (masse moléculaire relative) est un rapport par rapport à l'étalon du carbone 12, donc sans unité. La masse molaire est ce même nombre exprimé en grammes par mole. La masse formulaire est le terme que certains enseignants préfèrent pour des substances comme NaCl, qui forment un réseau cristallin plutôt que des molécules séparées. Pour l'eau, les trois valent 18.015.
Pourquoi les nombres du tableau périodique ont des décimales
Parce que ce sont des moyennes. Le chlore présent dans la nature est un mélange de chlore-35 et de chlore-37, si bien que sa masse atomique standard est de 35.45 — entre les deux, sans correspondre exactement à l'un ou l'autre. Cette moyenne est le bon nombre pour peser un échantillon en vrac, ce qui est justement l'usage de la masse molaire. Si vous avez besoin d'un isotope précis, utilisez le calculateur de masse atomique moyenne pour voir comment fonctionne cette pondération.
Erreurs courantes
Attention aux majuscules : Co, c'est le cobalt, mais CO, c'est le monoxyde de carbone — une différence de près de 14 g/mol. Appliquez l'indice après une parenthèse à tout ce qui se trouve à l'intérieur. N'arrondissez pas la masse de chaque élément à un nombre entier avant d'additionner, sinon l'erreur s'accumule. Et rappelez-vous que l'indice appartient à l'atome qui le précède immédiatement, donc CH₃COOH contient deux carbones, quatre hydrogènes et deux oxygènes.
À quoi sert la masse molaire
Presque tous les calculs de chimie quantitative passent par elle. Pour transformer une masse pesée en moles, on divise par la masse molaire ; pour repasser des moles à une masse, on multiplie. C'est tout le principe de la conversion de grammes en moles, et c'est pourquoi la masse molaire est en général la première chose que l'on calcule.
Vérifiez votre réponse
Saisissez n'importe quelle formule ci-dessous et comparez avec votre propre calcul. Le détail affiche le sous-total de chaque élément, pour voir exactement d'où vient un éventuel écart.