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Comment peut-on mesurer une quantité de matière ?

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On le sait, l'analyse d'une transformation en chimie va se faire en moles puisqu'il est quasiment impossible de manipuler un nombre inimaginable d'entités chimiques. Cependant, la préparation de la transformation chimique nécessite de mesurer réellement les réactifs. Comment peut-on procéder ?

1. Mesure de la quantité de matière d'un solide

Un solide peut se présenter sous des formes plus ou moins fractionnées allant du bloc très compact jusqu'à la poudre fine. La mesure d'une quantité de matière solide va donc se faire à l'aide d'une balance. Mais, avant toute pesée, il faut passer de la quantité de matière à la masse.
Ainsi, la masse m (en grammes, g) associée à la quantité de matière n (en moles, mol) se calcule grâce à la masse molaire M de l'espèce chimique considérée soit :

Exemple :
Considérons 0,5 mole de vitamine C (formule brute : C₆H₈O₆). La vitamine C a pour masse molaire :

Ainsi, la masse à peser correspondant à 0,5 mol est :
m(vitamine C) = 0,5 × 176 soit m(vitamine C) = 88 g.

D'un point de vue expérimental, il faut placer le contenant (coupelle, verre de montre...) sur la balance et réaliser la tare (mise à zéro), puis ajouter progressivement le solide, de manière à atteindre la masse désirée.

2. Mesure de la quantité de matière d'un liquide

Un liquide représente un certain volume donc il faut nécessairement connaître sa masse volumique pour déterminer le volume de la quantité de matière à mesurer, ou bien travailler comme précédemment, c'est-à-dire à partir de la masse molaire afin de déterminer la masse à peser.

Exemple :
L'acétone (dissolvant) a pour formule brute C₃H₆O.
Sa masse molaire est donc :

On veut en prélever 3 moles c'est-à-dire :

soit

En pratique, il suffit de poser le contenant sur la balance (bêcher, ballon à fond plat...), de réaliser la tare et de verser l'acétone dans le récipient de manière à obtenir 174 g.

Cependant, connaissant la masse volumique de l'acétone : ρ_acétone (0,79 g·cm^-3), il est facile de trouver le volume associé aux 3 moles :

.
Soit, V = 220 mL que l'on mesure directement à l'éprouvette graduée.

3. Mesure de la quantité de matière d'un gaz

Il est plus délicat d'obtenir une certaine quantité de matière d'un gaz. En effet, la même quantité de matière de gaz pris dans les mêmes conditions de température et de pression occupe toujours le même volume :

Ceci signifie que si on veut travailler avec 0,5 moles de méthane (gaz naturel) de formule brute CH₄, on doit définir la température et la pression au préalable (par exemple 20 °C et pression atmosphérique normale).
Les conditions choisies imposent donc un volume molaire (dans ces conditions, V_m est environ égal à 24 L·mol^-1).

Ainsi, le volume de gaz sera :

L'essentiel

La masse d'un solide ou d'un liquide se détermine grâce à la relation :

Le volume d'un gaz, dans des conditions précises de température et de pression, se détermine grâce à la relation :

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