Moles et molarité — formules et calculs

Les moles mesurent la quantité de matière. La molarité mesure combien de moles de soluté sont présentes par litre de solution. Dans la plupart des exercices de chimie, on passe d’abord de la masse aux moles, puis des moles à la concentration.

Les deux formules que vous utiliserez le plus souvent sont

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

et

$$M = \frac{n}{V}$$

Ici, $n$ est la quantité en moles, $m$ la masse, $M_\mathrm{m}$ la masse molaire, $M$ la molarité et $V$ le volume final de la solution en litres.

Si vous ne retenez qu’une seule différence, retenez celle-ci : les moles décrivent une quantité, tandis que la molarité décrit une quantité par litre de solution.

Ce que signifient les moles

La mole est l’unité de comptage des particules en chimie. Une mole contient exactement $6.02214076 \times 10^{23}$ particules spécifiées, mais dans la plupart des problèmes de débutant, on ne compte pas directement les particules. On part généralement de la masse, on la convertit en moles, puis on utilise les moles à l’étape suivante.

C’est pourquoi les moles servent d’unité intermédiaire. Elles relient la masse, le nombre de particules, les formules des gaz et la concentration des solutions.

Ce que signifie la molarité en chimie

La molarité est la concentration d’une solution en moles de soluté par litre de solution :

$$M = \frac{n}{V}$$

Une solution de chlorure de sodium à $0.50\ \mathrm{M}$ contient $0.50$ mole de $\mathrm{NaCl}$ dans chaque $1.00\ \mathrm{L}$ de solution. Les mots « de solution » sont importants. La molarité est basée sur le volume final du mélange, et non sur la quantité d’eau utilisée au départ.

Comment les moles et la molarité fonctionnent ensemble

Lorsqu’un problème donne une masse et demande la molarité, le chemin habituel est :

$$\text{grammes} \rightarrow \text{moles} \rightarrow \text{molarité}$$

On convertit d’abord les grammes en moles :

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

Puis on utilise ces moles dans la formule de la molarité :

$$M = \frac{n}{V}$$

Si le problème fonctionne dans le sens inverse, on peut réarranger la même définition :

$$n = MV$$

Cela ne fonctionne que si $V$ est en litres et si la molarité se rapporte au même soluté dans la même solution.

Exemple corrigé : convertir des grammes en molarité

Supposons que $9.00\ \mathrm{g}$ de glucose, $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, soient dissous et que le volume final de la solution soit de $250\ \mathrm{mL}$. Quelle est la molarité ?

Étape 1 : trouver la masse molaire

Pour le glucose,

$$M_\mathrm{m} \approx 6(12.01) + 12(1.008) + 6(16.00) \approx 180.16\ \mathrm{g/mol}$$

Étape 2 : convertir les grammes en moles

$$n = \frac{9.00}{180.16} \approx 0.0499\ \mathrm{mol}$$

Étape 3 : convertir le volume en litres

$$250\ \mathrm{mL} = 0.250\ \mathrm{L}$$

Étape 4 : calculer la molarité

$$M = \frac{0.0499}{0.250} \approx 0.200\ \mathrm{mol/L}$$

La concentration de la solution est donc

$$0.200\ \mathrm{M}$$

L’idée essentielle est la suivante : utilisez la masse molaire pour obtenir les moles, puis divisez par le nombre de litres de solution.

Erreurs fréquentes dans les problèmes de moles et de molarité

Utiliser directement les grammes dans la formule de la molarité

La formule de la molarité nécessite des moles, pas des grammes. Si la masse est donnée, convertissez-la d’abord avec $n = m / M_\mathrm{m}$.

Utiliser des millilitres comme s’il s’agissait de litres

$500\ \mathrm{mL}$ correspond à $0.500\ \mathrm{L}$, et non à $500\ \mathrm{L}$. C’est l’une des façons les plus rapides de se tromper d’un facteur $1000$.

Utiliser le volume du solvant au lieu du volume de la solution

Si un énoncé dit « compléter la solution jusqu’à $250\ \mathrm{mL}$ », utilisez $250\ \mathrm{mL}$ comme volume final. Ne supposez pas que le volume d’eau initial est le même.

Utiliser une mauvaise masse molaire

La masse molaire doit correspondre à la formule complète. Par exemple, la masse molaire de $\mathrm{NaCl}$ n’est pas la masse molaire du sodium seul.

Quand les chimistes utilisent les moles et la molarité

On utilise ces notions chaque fois que la chimie passe de « quelle est cette substance ? » à « quelle quantité est présente ? » ou « quelle est la concentration de la solution ? ». Elles apparaissent dans la préparation des solutions, la stœchiométrie, les titrages et les calculs de laboratoire courants.

Si la température change suffisamment pour modifier sensiblement le volume de la solution, la molarité peut aussi changer. Cette condition est importante, car la molarité dépend du volume.

Essayez une question similaire sur les moles et la molarité

Essayez votre propre version avec $5.84\ \mathrm{g}$ de $\mathrm{NaCl}$ portés à $500\ \mathrm{mL}$ de solution. Commencez par trouver le nombre de moles, puis calculez la molarité, et vérifiez que votre volume est bien en litres avant la dernière étape.