Le nombre d'Avogadro et la notion de mole

Le nombre d'Avogadro est une des constantes fondamentales. Elle est utilisée par les chimistes pour relier le monde microscopique des molécules à celui macroscopique des expériences et par les physiciens pour définir la masse des objets à partir de leurs constituants élémentaires.

En chimie, on doit tantôt parler de grandes quantités de matière, tantôt de petites. En pratique, un chimiste doit exprimer une « équation chimique » en termes d'atomes ou de molécules et la convertir en termes de masse. On ne peut évidemment pas compter le nombre d'atomes ou de molécules contenus dans un échantillon de matière. Le nombre d'Avogadro permet de compter des particules en mesurant leur masse. Étroitement liée au nombre d'Avogadro, la notion de mole permet de faire le lien entre le monde microscopique des atomes et molécules et le monde macroscopique des grammes, kilogrammes, etc. La connaissance de la constante d'Avogadro permet ainsi la détermination des masses molaires et le prélèvement de quantités de matière d'espèces chimiques.

En physique atomique et moléculaire, on utilise la constante de masse atomique (symbole m _u) ou unité de masse atomique unifiée (symbole u) :

avec ${\mathcal{N}}_{\text{A}}$ nombre d'Avogadro, ce qui donne 1 u = 1,66054 × 10^–27 kg.

Le nombre d'Avogadro, ou constante d'Avogadro, ${\mathcal{N}}_{\text{A}}$ est le nombre d'atomes ou de molécules (sans interaction, au repos et dans leur état fondamental) par mole de substance pure, c'est-à-dire le nombre d'atomes de ¹²C contenus dans 12 g exactement de carbone 12. Donc ce nombre permet d'exprimer la masse d'un atome de ¹²C, m(¹²C), par la relation :

où M (¹²C) = 12 g · mol^–1 est la masse molaire du carbone 12. ${\mathcal{N}}_A$ relie bien les échelles microscopique et macroscopique.

De par sa définition, la constante d'Avogadro possède une dimension, l'inverse d'une quantité de matière et une unité d'expression dans le système international d'unités (SI) : la mole à la puissance moins un, de symbole mol^–1.