Calculer une masse molaire, parenthèses et hydrates compris

Les trois cas que le calcul doit gérer

L'indice simple est le cas facile : il compte les atomes de l'élément qui le précède immédiatement, et un élément sans indice compte pour un. C6H12O6, c'est six carbones, douze hydrogènes et six oxygènes, soit 180,156 g/mol. Rien ici ne piège personne, et c'est bien pourquoi les manuels s'arrêtent là — juste avant que l'élève ne rencontre une vraie formule.

C'est avec les parenthèses que l'on perd des points. Dans Ca(NO3)2, le groupe NO3 apparaît deux fois : la formule contient donc deux azotes et six oxygènes, et c'est ce six que l'on oublie. Le cas de l'hydrate est encore autre chose : le point de CuSO4·5H2O ne multiplie pas le sulfate de cuivre, il ordonne d'ajouter cinq molécules d'eau distinctes. Le sel anhydre pèse 159,602 g/mol, les cinq eaux 90,075 g/mol, et le pentahydrate vaut leur somme, 249,677 g/mol — soit plus d'un tiers d'eau dans le cristal que tu pèses.

Masse molaire, masse moléculaire et masse formulaire

Les trois noms décrivent le même calcul avec des unités différentes. La masse moléculaire relative est un rapport et n'a donc pas d'unité : l'eau vaut 18,015, point. La masse molaire est la masse d'une mole et s'exprime en g/mol : l'eau vaut 18,015 g/mol. La masse formulaire est le terme employé lorsque la substance n'a pas de molécules discrètes, comme un solide ionique tel que NaCl, où CaCO3 ou NaCl décrit un rapport répété dans un réseau plutôt qu'une particule isolable.

Les nombres coïncident du fait de la définition de la mole. Depuis la révision du SI en 2019, une mole compte exactement 6,02214076 × 10^23 entités : un effectif fixé, et non plus une masse de carbone 12. La conséquence est subtile mais mérite d'être connue : le gramme par mole n'est plus rigoureusement rattaché à l'échelle du carbone 12, si bien que la constante de masse molaire est désormais une grandeur expérimentale qui vaut 1 g/mol à environ un milliardième près. Pour tout calcul fait à la main, les traiter comme identiques est amplement exact.

Où le résultat se trompe

La casse est une affirmation chimique, pas une préférence de frappe. CO est le monoxyde de carbone à 28,010 g/mol ; Co est le cobalt à 58,933. Tout analyseur digne de ce nom refusera un symbole inconnu plutôt que de deviner : une formule qui renvoie une erreur, c'est en général une minuscule qui aurait dû être une majuscule, ou l'inverse dans un symbole à deux lettres.

La deuxième erreur récurrente est d'arrondir au début plutôt qu'à la fin. Les masses atomiques sont publiées à trois ou quatre décimales pour une raison, et les tronquer avant de multiplier par un indice élevé amplifie la perte. Arrondis une seule fois, à la fin, à la précision réellement utile : deux décimales conviennent à presque tout exercice scolaire, quatre lorsqu'une masse molaire alimente un titrage ou un résultat gravimétrique que tu soustrairas ensuite d'un nombre de taille voisine.

Questions fréquentes

Pourquoi deux sources donnent-elles des masses molaires légèrement différentes ?

Parce que les masses atomiques standard sont des moyennes sur l'abondance isotopique naturelle, laquelle varie légèrement selon les sources géologiques. L'IUPAC publie désormais des intervalles plutôt que des valeurs uniques pour une douzaine d'éléments, dont l'hydrogène, le carbone, l'oxygène et le soufre, et les tables retiennent des valeurs conventionnelles différentes dans ces intervalles. L'écart se situe à la troisième ou quatrième décimale et ne change jamais un résultat à la précision scolaire.

La masse molaire est-elle la même chose que le poids moléculaire ?

Numériquement oui, dimensionnellement non. Le poids moléculaire est l'ancien nom de la masse moléculaire relative, un nombre pur sans unité ; la masse molaire est ce même nombre exprimé en g/mol. Comme ils coïncident sur tous les chiffres que tu utiliseras, la distinction ne compte que si l'énoncé demande les unités, ou lorsque tu simplifies des unités dans un calcul plus long et qu'il te faut des g/mol pour faire disparaître les grammes.

L'eau d'hydratation compte-t-elle quand je pèse un réactif ?

Elle compte intégralement, et l'oublier est la façon classique de préparer une solution environ un tiers trop diluée. Suppose qu'il te faille une mole de sulfate de cuivre : tu relèves la valeur anhydre de 159,602 g/mol et pèse cette masse dans un flacon de pentahydrate ; tu n'as prélevé que 159,602 divisé par 249,677, soit 0,639 mol — 36 % de moins, ce qui correspond exactement à la fraction d'eau du cristal. Vérifie quelle forme contient le flacon avant de convertir une masse en moles : l'étiquette porte le point ou non, et de ce point de vue ce sont deux substances différentes.