Formule de masse et concept des moles

Masse de la formule des composés covalents

Les formules chimiques représentent la composition élémentaire des substances. Pour les composés covalents, la formule représente les nombres et les types d’atomes composant une seule molécule de la substance ; par conséquent, la masse de la formule peut être correctement appelée masse moléculaire. La formule moléculaire du chloroforme (CHCl₃), un composé covalent, indique qu’une seule molécule contient un atome de carbone, un atome d’hydrogène et trois atomes de chlore. La masse moléculaire moyenne d’une molécule de chloroforme est égale à la somme des masses atomiques moyennes de ces atomes :

Masse de la formule des composés ioniques

Les composés ioniques sont composés de cations et d’anions distincts qui sont combinés dans des rapports pour produire un gros volume de matière électriquement neutre. La masse de la formule pour un composé ionique est calculée de la même manière que la masse de la formule pour les composés covalents : en additionnant les masses atomiques moyennes de tous les atomes dans la formule du composé. Toutefois, la formule d’un composé ionique ne représente pas la composition d’une molécule distincte, elle peut donc être appelée à tord la ‘ masse moléculaire ’.

Par exemple, le sel de table commun ou le chlorure de sodium (NaCl) est un composé ionique composé de cations sodium (Na⁺) et d’anions chlorure (Cl⁻) combinés dans un rapport 1:1. La masse de la formule pour ce composé est calculée en ajoutant les masses atomiques moyennes de ses éléments constitutifs :

Lors du calcul de la masse de la formule d’un composé ionique, on a utilisé les masses moyennes des atomes neutres de sodium et de chlore, plutôt que les masses des cations sodium et des anions chlorure. Même si un cation sodium a une masse légèrement plus petite qu’un atome de sodium (puisqu’il lui manque un électron), cette différence sera compensée par le fait qu’un anion chlorure est légèrement plus massif qu’un atome de chlore (en raison de l’électron supplémentaire). De plus, la masse d’un électron est négligeable par rapport à la masse d’un atome typique.

Composition en pourcentage massique

La composition élémentaire d’un composé définit son identité chimique, et les formules chimiques sont la façon la plus concise de représenter cette composition élémentaire. Le pourcentage en masse de chaque élément dans un composé est appelé le pourcentage massique de cet élément particulier. La composition en pourcentage peut être calculée en divisant la masse de chaque élément par la masse globale du composé, puis en convertissant en pourcentage.

La composition en pourcentage est utile pour évaluer l’abondance relative d’un élément donné dans différents composés de formules connues. Tant que la formule moléculaire ou empirique du composé en question est connue, la composition en pourcentage peut être déduite des masses atomiques ou molaires des éléments du composé.  

Par exemple, une molécule d’acide nitrique (HNO₃) contient un atome d’azote pesant 14,01 uma, un atome d’hydrogène pesant 1,008 uma et trois atomes d’oxygène pesant (3 × 16,00 uma) = 48,00 uma. La masse de la formule de l’acide nitrique est donc (14,01 uma + 1,008 uma + 48,00 uma) = 63,02 uma, et sa composition en pourcentage est :

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 3.1: Formule de la masse et concept de mole et Openstax, Chimie 2e, Section 3.2 : Détermination des formules empiriques et moléculaires.