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lundi 5 mai 2014

Quantité de matière

Il existe trois manières principales d'exprimer la quantité de matière: volumes, masses ou nombre de moles. La question se pose donc de savoir s'il n'y en a pas une qui est plus fondamentale que les autres. La réponse à cette question dépend du but que l''on recherche. Si l''on s'intéresse à l'aspect expérimental et pratique des choses, il est évident que les unités de volume et de masse sont de loin les mieux adaptées. En effet, dans tout laboratoire scientifique qui se respecte, on trouve des fioles, des pipettes et des seringues pour manipuler des liquides et des balances pour régler les proportions des matières solides.



Travailler en moles ne correspond donc à rien de tangible lorsque l'on s'intéresse uniquement à l''aspect pratique des choses. Une personne qui a pris l'habitude de raisonner en masse ou en volume ne peut donc que constater des phénomènes et non comprendre ce qui se passe. Dès que se pose la question de la compréhension ou de la modélisation des phénomènes, il est clair que l'unité de masse est de loin préférable à l'unité de volume. En effet, suite aux phénomènes de dilatation thermique et de compressibilité isotherme, les volumes peuvent varier pour une même quantité de matière donnée dès que la température ou la pression change. Dès lors, raisonner en volume suppose que l'on a pris le soin de s'assurer que température et pression restent rigoureusement constants durant toute la durée de l'expérience, ce qui complique considérablement la pratique expérimentale de laboratoire. La masse étant une quantité qui reste toujours la même quelles que soient les conditions de température et de pression est donc une chose beaucoup plus fondamentale que volume. Ceci explique que la toute première étape de compréhension du mode de fonctionnement de la nature passe toujours par une conversion des volumes en masses, via la notion de densité ou de masse volumique. Ayant converti tous les volumes en masses, il reste le problème du passage de l''aspect macroscopique des choses (masses) à l'aspect atomique ou moléculaire (moles). Le problème est ici que dans tout processus physique, chimique ou biologique il y a des objets en mouvements qui se rencontrent à un moment crucial de leur existence. Or ce fut l'un des progrès décisif du XIXème siècle d'arriver à comprendre qu'à une échelle suffisament petite voisine du milliardième de mètre, la matière ne pouvait plus être divisée en partie équivalentes du point de vue de la masse. À cette échelle extraordinairement petite qui échappe à nos sens, nous entrons dans le royaume des molécules, toutes constituées à partir d'une centaine de briques fondamentales appelées "atomes".


Raisonner en masse, n'est ici plus d'aucune utilité et pour avoir une bonne compréhension des raisons qui poussent la matière à se déplacer ou à se transformer, il faut impérativement convertir toutes les masses en moles. Si jamais l'on reste désespéremment accroché aux masses, cela signifie que l''on nie l'existence même des atomes et tous ceux qui se sont aventurés dans cette voie au XIXème siècle (les fameux "équivalentistes") l'ont amèrement regretté par la suite car sans la notion d''atomes on ne peut tout simplement pas progresser dans la compréhension fine du comportement de la matière.
D'un point de vue pratique le passage de la masse au nombre de moles nécessite de connaître la masse molaire qui s''exprime au moyen d''une unité appelée "Dalton" (symbole Da) qui indique la masse (en grammes) correspondant à une mole de matière, c''est à dire à un ensemble de 6,02214129(27)×1023 entités atomiques ou moléculaires (nombre d''Avogadro). De manière équivalente, le millième de l'inverse de ce nombre d'Avogadro, donne le facteur de conversion entre le dalton et l'unité SI de masse (le kilogramme), soit: 1 Da = 1,660538921(73)×10−27 kg.

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