Avogadro's number
Le nombre d'Avogadro, noté NA, ou constante d'Avogadro, représente le nombre d'entités élémentaires — atomes, ions ou molécules — contenues dans une mole de ces mêmes entités. Sa valeur est fixée par convention à NA = 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹. Il sert de facteur de conversion entre une quantité de matière exprimée en moles et un nombre d'entités ; l'exemple guidé montre comment effectuer ce calcul.
Contents
What you will learn
- Identifier la valeur exacte et l'unité de la constante d'Avogadro.
- Convertir 2 moles en un nombre exact de molécules avec un contrôle refaisable.
- Distinguer la constante d'Avogadro de la mole et de la loi d'Avogadro.
- Reconnaître l'ancienne valeur mesurée et les erreurs d'arrondi ou d'unité.
In plain terms
Imaginez que les atomes ou les molécules soient rangés en immenses paquets. En chimie, un paquet appelé mole contient exactement 6,022 140 76 × 1023 entités. Ces entités peuvent être des atomes, des ions ou des molécules, à condition de préciser ce que l'on compte.
La constante d'Avogadro donne donc le passage entre un nombre de moles, adapté aux mesures usuelles, et un nombre d'entités microscopiques. Une mole de molécules en contient toujours autant, quelle que soit leur nature.
Definition
La constante d'Avogadro, notée NA, relie la quantité de matière au nombre d'entités élémentaires. Depuis le 20 mai 2019, sa valeur est fixée exactement par le Système international : NA = 6,022 140 76 × 1023 mol−1. Le terme « entité » doit être précisé : il peut s'agir d'un atome, d'un ion ou d'une molécule.
Si le nombre d'entités est noté N et la quantité de matière en moles est notée n, leur relation s'écrit . Le facteur NA porte l'unité mol−1 ; le résultat N est un dénombrement, sans unité. Inversement, la quantité de matière s'obtient en divisant le nombre d'entités par NA.
Avant 2019, cette valeur était mesurée à partir d'une définition liée au nombre d'atomes présents dans 12 grammes de carbone 12. La valeur alors publiée, 6,022 140 857(74) × 1023 mol−1, comportait une incertitude ; la valeur actuelle est conventionnelle et exacte.
A step-by-step example
Un échantillon contient 2 moles de molécules. La quantité de matière est donc n = 2 mol, et la constante vaut NA = 6,022 140 76 × 1023 mol−1. On cherche le nombre N de molécules.
1. Appliquer la relation entre quantité de matière et nombre d'entités : .
2. Remplacer les deux grandeurs par leurs valeurs : .
3. Multiplier par 2 : .
L'échantillon contient exactement 1,204 428 152 × 1024 molécules. Pour contrôler le résultat, la division par 2 redonne 6,022 140 76 × 1023, soit le nombre de molécules d'une mole.
In practice
Lorsqu'une quantité est donnée en moles, la multiplication par NA fournit le nombre d'atomes, d'ions ou de molécules. Il faut d'abord nommer l'entité comptée, car « 2 moles » ne dit pas à lui seul ce que contient l'échantillon.
Lorsqu'un dénombrement microscopique est déjà connu, la division par NA fournit la quantité de matière en moles. Cette opération est préférable à une multiplication lorsque la donnée de départ est un nombre d'entités.
Pour vérifier un calcul, les unités donnent un repère décisif : mol multipliée par mol−1 laisse un simple nombre. Si l'unité mol subsiste dans un dénombrement final, la conversion a été mal orientée.
Not to be confused with
La constante d'Avogadro et la mole. La mole est une unité de quantité de matière ; la constante d'Avogadro est le facteur de conversion, exprimé en mol−1. Dans l'exemple, 2 mol est la quantité tandis que 1,204 428 152 × 1024 est le nombre de molécules.
La constante d'Avogadro et la loi d'Avogadro. La constante fixe le nombre d'entités par mole. La loi formulée en 1811 compare des volumes de gaz parfaits : à température et pression identiques, des volumes égaux contiennent le même nombre de molécules.
Limits and pitfalls
L'entité n'est pas précisée. Un résultat en nombre de particules reste ambigu si l'on ignore s'il compte des atomes, des ions ou des molécules. Il faut conserver le type d'entité de l'énoncé jusqu'au résultat.
Le facteur est appliqué dans le mauvais sens. Pour passer de 2 mol à un dénombrement, on multiplie par NA. Pour revenir de 1,204 428 152 × 1024 molécules à 2 mol, on divise par NA. Les unités indiquent le sens correct.
Une ancienne valeur est présentée comme actuelle. La valeur 6,022 140 857(74) × 1023 mol−1 était mesurée et assortie d'une incertitude. Depuis le 20 mai 2019, la valeur exacte est 6,022 140 76 × 1023 mol−1.
Un arrondi est pris pour la définition. L'écriture 6,022 × 1023 est pratique pour estimer un ordre de grandeur, mais elle omet des chiffres de la valeur fixée. Un calcul annoncé comme exact doit employer 6,022 140 76 × 1023 mol−1.
Further reading
Pour approfondir, on peut relier le nombre d'Avogadro à la définition moderne de la mole : une mole contient exactement 6,022 140 76 × 10²³ entités élémentaires, qu'il s'agisse d'atomes, de molécules, d'ions ou d'autres objets explicitement désignés.
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