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Chimie et biologie : Unité de quantité de matière (mole)
Unité de quantité de matière (mole)
SI Brochure, Section 2.1.1.6

    Après la découverte des lois fondamentales de la chimie, on a utilisé, pour spécifier les quantités des divers éléments et composés chimiques, des unités portant par exemple les noms de « atome-gramme » et « molécule-gramme ». Ces unités étaient liées directement aux « poids atomiques » et aux « poids moléculaires » qui étaient en réalité des masses relatives. Les « poids atomiques » furent d'abord rapportés à celui de l'élément chimique oxygène, pris par convention égal à 16. Mais, tandis que les physiciens séparaient les isotopes au spectromètre de masse et attribuaient la valeur 16 à l'un des isotopes de l'oxygène, les chimistes attribuaient la même valeur au mélange (de composition légèrement variable) des isotopes 16, 17 et 18 qui constitue l'élément oxygène naturel. Un accord entre l'Union internationale de physique pure et appliquée (UIPPA) et l'Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) mit fin à cette dualité en 1959/60. Depuis lors, physiciens et chimistes sont convenus d'attribuer la valeur 12, exactement, au « poids atomique » de l'isotope 12 du carbone (carbone 12, 12C), ou selon une formulation plus correcte à la masse atomique relative Ar(12C). L'échelle unifiée ainsi obtenue donne les valeurs des masses atomiques et moléculaires relatives, aussi connues sous le nom de poids atomiques et moléculaires, respectivement.

    La grandeur utilisée par les chimistes pour spécifier la quantité d'éléments ou de composés chimiques est maintenant appelée « quantité de matière ». La quantité de matière est définie comme étant proportionnelle au nombre d'entités élémentaires d'un échantillon, la constante de proportionnalité étant une constante universelle identique pour tous les échantillons. L'unité de quantité de matière est appelée la mole, symbole mol, et la mole est définie en fixant la masse de carbone 12 qui constitue une mole d'atomes de carbone 12. Par un accord international, cette masse a été fixée à 0,012 kg, c'est-à-dire 12 g.

    Suivant les propositions de l'UIPPA, de l'UICPA et de l'ISO, le Comité international donna en 1967 et confirma en 1969 une définition de la mole qui fut finalement adoptée par la 14e CGPM (1971, Résolution 3 :

    1. La mole est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kilogramme de carbone 12 ; son symbole est « mol ».
    2. Lorsqu'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d'autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules.

    Il en résulte que la masse molaire du carbone 12 est égale à 0,012 kilogramme par mole exactement, M(12C) = 12 g/mol.

    En 1980, le Comité international a approuvé le rapport du CCU (1980) qui précisait :

      Dans cette définition, il est entendu que l'on se réfère à des atomes de carbone 12 non liés, au repos et dans leur état fondamental.

    La définition de la mole permet aussi de déterminer la valeur de la constante universelle qui relie le nombre d'entités à la quantité de matière d'un échantillon. Cette constante est appelée constante d'Avogadro, symbole NA ou L. Si N(X) désigne le nombre d'entités X d'un échantillon donné, et si n(X) désigne la quantité de matière d'entités X du même échantillon, on obtient la relation :

    n(X) = N(X)/NA.

    Notons que puisque N(X) est sans dimension, et puisque n(X) est exprimé par l'unité SI mole, la constante d'Avogadro a pour unité SI la mole à la puissance moins un.

    Dans le nom « quantité de matière », les mots « de matière » pourraient être simplement remplacés par d'autres mots précisant la matière en question pour chaque application particulière, ainsi par exemple on pourrait parler de « quantité de chlorure d'hydrogène, HCl » ou de « quantité de benzène, C6H6 ». Il est important de toujours préciser l'entité en question (comme le souligne la seconde phrase de la définition de la mole), de préférence en donnant la formule chimique empirique du matériau concerné. Bien que le mot « quantité » ait une définition plus générale dans le dictionnaire, cette abréviation du nom complet « quantité de matière » est parfois utilisée par souci de concision. Ceci s'applique aussi aux grandeurs dérivées telles que la « concentration de quantité de matière », qui peut simplement être appelée « concentration de quantité ». Toutefois, dans le domaine de la chimie clinique, le nom « concentration de quantité de matière » est généralement abrégé en « concentration de matière ».

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Décisions concernant les unités de base du SI
Brochure sur le SI, extrait de l'Annexe 1

    Quantité de matière :

    14e CGPM, 1971 définition de la mole, symbole mol, comme 7e unité de base, et règles d'utilisation
    21e CGPM, 1999 adopte le nom spécial katal, kat
    23e CGPM, 2007 sur l'éventuelle redéfinition de certaines unités de base du Système international d'unités (SI)
    24e CGPM, 2011 sur l'éventuelle révision à venir du Système international d'unités, le SI
    25e CGPM, 2014 sur la révision à venir du Système international d'unités, le SI
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