Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à définir la masse moléculaire et à calculer sa valeur pour des formules moléculaires données en utilisant les masses atomiques.
Les atomes, les molécules et les composés chimiques ont tous une masse. Cependant, la masse d’un seul atome ou d’une seule molécule est incroyablement petite. La masse d’un atome de carbone 12 est d’environ . Afin de rendre ce nombre plus facile à utiliser dans les calculs, les chimistes ont développé l’unité de masse atomique unifiée. Ils ont décidé qu’un atome de carbone 12 pèse exactement 12 unités de masse atomique unifiée, 12 u. Les unités de masse atomique unifiées (u) sont semblables aux unités de masse atomique (uma). Cependant, l’unité de masse atomique (uma) est définie par rapport à l’oxygène 16 et n’est plus couramment utilisée.
La masse atomique du carbone 12 est, par définition, 12 u, mais cela correspond également au nombre de protons et de neutrons combinés. Une unité de masse atomique correspond approximativement à la masse d’un seul neutron ou d’un seul proton. L’atome de carbone 12 contient 6 protons et 6 neutrons et possède un nombre de masse de 12, tandis que l’atome de carbone 13 (l’isotope plus lourd) contient 6 protons et 7 neutrons et a un nombre de masse de 13. Le numéro d’identification d’un isotope se réfère au nombre de masse de cet isotope.
Définition : Masse atomique
La masse atomique est la masse d’un atome d’un élément en unités de masse atomique unifiée.
Définition : Nombre de masse
Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons dans le noyau d’un atome d’un élément.
Exemple 1: Déterminer la masse d’un atome de fluor en unités de masse atomique unifiées
L’unité de masse atomique unifiée (u) est définie comme de la masse d’un atome de carbone 12. Quelle est la masse d’un atome de fluor 19 en unités de masse atomique unifiée ?
Réponse
Un atome de fluor 19 a une masse de 19 unités de masse atomique unifiée. Chaque neutron et proton a une masse atomique d’environ 1 unité de masse atomique unifiée, de sorte que les protons et les neutrons du fluor 19 ont une masse de 19 unités de masse atomique unifiée. Le « 19 » dans le fluor 19 se réfère à sa masse atomique, de sorte que la bonne réponse est 19 u.
La masse atomique d’un atome de carbone 12 est de 12 u. Si nous regardons certains tableaux périodiques, nous verrons que la masse atomique du carbone est donnée comme 12,011 u. Ce nombre est la moyenne de toutes les masses atomiques d’un atome de carbone. La plupart des atomes de carbone sont des atomes de carbone 12, mais de petites quantités d’atomes de carbone plus lourds de carbone 13 et de carbone 14 augmentent la masse moyenne au-dessus de 12 u. Comme la proportion de ces différents isotopes est fixe, nous pouvons utiliser de manière fiable 12,011 u comme correspondant à la masse moyenne d’un atome de carbone, lorsque l’on se réfère à un échantillon de carbone. Souvent, la masse atomique moyenne est arrondie aux valeurs entières.
Lorsque des atomes s’assemblent pour former des molécules ou des composés chimiques, nous pouvons calculer la masse moyenne de ces molécules ou de ces composés. Nous le faisons en additionnant les masses atomiques des atomes qui la composent. Pour un composé moléculaire, nous appelons cette valeur la « masse moléculaire ». Pour l’unité de formule d’un composé ionique, nous appelons cette valeur la « masse de l'unité de formule » ou la « masse formulaire ».
Parfois, nous appelons ces valeurs « masse moléculaire relative » ou « masse formulaire relative » en utilisant le symbole « » mais avec une différence fondamentale. Les valeurs relatives sont des rapports sans unité, tandis que les valeurs « non relatives » sont exprimées en unités de masse atomique unifiée.
Définition : Masse atomique relative
La masse atomique relative est la masse moyenne d’un atome d’un élément sur une échelle où un atome de carbone 12 a une masse de 12.
La masse formulaire ou la masse moléculaire d’un composé est simplement la somme des masses atomiques des atomes qui la composent. Par exemple, une molécule d’eau contient deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. Selon un tableau périodique qui utilise des valeurs entières, la masse atomique de l’hydrogène est 1 u , tandis que la masse atomique de l’oxygène est 16 u. La masse moléculaire d’une molécule d’eau peut être calculée à l’aide de l’équation suivante :
Lorsque l’on combine la masse d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène, on se retrouve avec 18 u, qui est la masse moléculaire de l’eau. Notez que différents tableaux périodiques arrondissent les masses atomiques à différentes décimales. Vous pouvez voir la masse atomique de l’hydrogène indiquée par 1,01, par 1,008 ou par 1. Arrondir à une décimale différente peut changer légèrement la réponse finale d’un calcul.
Définition : Masse moléculaire
La masse moléculaire est la masse moyenne d’une molécule d’un élément ou d’un composé, en unités de masse atomique unifiée.
Définition : Masse moléculaire relative
La masse moléculaire relative est le rapport de la masse moyenne d’une molécule d’un élément ou d’un composé, à un douzième de la masse d’un atome de carbone 12.
Exemple 2: Calculer la masse moléculaire relative du difluorure de xénon à partir de sa formule chimique
Quelle est la du difluorure de xénon ? ( ; ).
Réponse
Pour trouver , soit la masse moléculaire relative de , nous devons nous référer au tableau périodique pour trouver les masses atomiques relatives des atomes qui le composent. Ensuite, nous devons ajouter les masses atomiques relatives des atomes contenus dans le composé.
La masse atomique relative du xénon est de 131. La masse atomique relative du fluor est de 19. On peut utiliser ces valeurs pour calculer la masse moléculaire relative du composé avec l’équation suivante :
Comme la masse moléculaire relative est une valeur sans unité, 169 est la bonne réponse.
Le processus de calcul de la masse atomique moyenne du composé fonctionne essentiellement de la même manière pour les composés ioniques, sauf que nous utilisons le nom de « masse de l'unité de formule » ou « masse formulaire » au lieu de « masse moléculaire ». Par exemple, pour calculer la masse de l'unité de formule du chlorure de sodium, il faut savoir que la masse atomique du sodium est de 23 u, et que la masse atomique du chlore est de 35,5 u. La masse de l’unité de formule qui contient un atome de sodium et un atome de chlore peut être calculée en additionnant ces deux valeurs :
Ainsi, 58,5 u est la masse de la formule du chlorure de sodium.
Définition : Masse de l’unité de formule (ou masse formulaire)
La masse de l’unité de formule est la masse moyenne en unités de masse atomique unifiée de l’unité de formule d’un composé ionique.
Exemple 3: Calculer la masse de l’unité de formule relative du fluorure de magnésium
Quelle est la masse de l’unité de formule relative du fluorure de magnésium ? ( ; ).
Réponse
Pour déterminer la masse de l’unité de formule relative d’un composé ionique, nous devons additionner les masses atomiques relatives des atomes qui le composent. Dans ce problème, les masses atomiques relatives des éléments sont fournies.
Pour le magnésium, la masse atomique relative est de 24, et pour le fluor, la masse atomique relative est de 19.
Une unité de formule de se compose d’un ion magnésium et de deux ions fluorure. Nous pouvons calculer la masse formulaire relative selon :
Notez que la masse formulaire relative est une mesure sans unité. Ainsi, la bonne réponse est 62.
Exemple 4: Calculer la masse moléculaire relative du 1, 3, 5-tribromocyclohexane à partir de sa formule développée
La formule développée du 1, 3, 5-tribromocyclohexane est indiquée ci-dessous. Quelle est sa masse moléculaire ? Donnez votre réponse au nombre entier le plus proche. ( ; ; ).
Réponse
Pour calculer la masse moléculaire relative de ce composé, nous devons déterminer la formule chimique du composé. Puis, nous devons calculer la masse moléculaire relative en additionnant les masses atomiques relatives des atomes contenus dans le composé.
D’abord, nous devons trouver la formule chimique du composé. Nous pouvons la déterminer en réalisant un comptage visuel. Il y a un anneau de six atomes de carbone au centre, neuf atomes d’hydrogène et trois autres atomes de brome à l’extérieur. La formule chimique de ce composé est .
À partir du tableau périodique, nous pouvons déterminer les masses atomiques relatives de ces trois éléments. Arrondie au nombre entier le plus proche, la masse atomique relative du carbone est de 12, celle de l’hydrogène est de 1, et celle du brome est de 80.
Pour calculer la masse moléculaire relative, nous devons additionner les masses atomiques relatives des atomes individuels contenus dans le composé, en multipliant chaque masse atomique relative par le nombre d’atomes de ce type présents dans le composé :
Comme la masse moléculaire relative est une valeur sans unité, la bonne réponse est 321.
Résumons ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.
Points clés
- L’unité de masse atomique unifiée est ème de la masse d’un atome de carbone-12.
- Une unité de masse atomique unifiée correspond approximativement à la masse d’un proton ou d’un neutron.
- La masse atomique d’un élément est la masse moyenne d’un atome dans un échantillon de cet élément.
- La masse moléculaire d’une molécule est la combinaison des masses atomiques des atomes qui la composent.
- La masse de l’unité de formule (ou masse formulaire) d’un composé ionique est la combinaison des masses atomiques des atomes qui forment une unité de formule de ce composé.
- La masse moléculaire relative et la masse formulaire relative ont les mêmes valeurs que la masse moléculaire et la masse de l’unité de formule, sauf que au lieu d’utiliser des unités de masse atomique unifiée, les masses relatives sont exprimées sans unité.
- Le symbole de la masse moléculaire relative ou de la masse formulaire relative est .
