CHIMIE Cours - Classe de seconde

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Santé - seconde
Chapitre 8: Extraction, séparation et identification d'espèces chimiques

Masse volumique et densité

Calculer une masse volumique
La masse volumique d'une substance correspond au rapport de sa masse (m) par son volume (V ). Elle se note ρ ( lettre grecque qui se prononce rho ) et peut être calculée en utilisant la relation suivante:
ρ =  m            Avec m en kilogramme ( kg )
       V                       V en mètre cube ( m3)    
                                  ρ en kilogramme par mètre cube ( kg.m-3)
Exemple:
Si une substance a une masse de 4 kg et un volume de 500 dm3 alors
m = 4kg
V = 500 dm3 ce volume doit être convertie en mètre cube: V = 0,5 m3
ρ  =   4    
         0,5
p = 8 kg.m-3

Les unités de masse volumique
Il est possible d'utiliser d'autres unités à condition qu'elles soient cohérentes entre elles. Par exemple si la masse est en kilogramme et le volume en décimètre cube alors la masse volumique est en kilogramme par  décimètre cube.
Par ailleurs puisque 1 kg = 1000 g et 1 m3 = 1000 dm3 alors   1kg     =      1000 g       =     1 g    
                                                                                                 1m3            1000 dm3          1 dm3
la valeur  d'une masse volumique reste la même qu'elle soit exprimée en kilogramme par mètre cube ou en gramme par décimètre cube. On pourraient également montrer que c'est aussi vrai pour le milligramme par centimètre cube.

Calculer la masse d'une substance à partir de sa masse volumique
Si l'on modifie la relation qui exprime la masse volumique en fonction du volume et de la masse alors il est possible de calculer la masse:
m = ρ x V                       Avec m en kilogramme ( kg )
                                 V en mètre cube ( m3)    
                                  ρ en kilogramme par mètre cube ( kg.m-3)
Exemple :
Un récipient contien 200 mL d'éthanol dont la masse volumique est de 789 kg.m-3 .
ρ = 789 kg.m-3      
V = 200 mL  ce volume doit être converti en mètre cube
V = 0,2 L
V = 0,2 dm3 ( Car 1 L = 1 dm3 )
V = 0,0002 m3
On utilise la relation m = ρ x V
m = 789 x 0,0002
m = 0,1578 kg
m = 157,8 g
La masse de 200 mL d'éthanol est donc de 157;8 g

Calculer le volume d'une substance à partir de sa masse volumique
Il est également possible de modifier l'expression de la masse volumique pour pouvoir calculer les volume. La relation devient:
V =  m                            Avec m en kilogramme ( kg )
         ρ                             V en mètre cube ( m3)  
                                         ρ en kilogramme par mètre cube ( kg.m-3)
Exemple:
Un morceau d'aluminium a une masse de 972 g et une masse volumique de 2700 kg/m3    
m = 972 g  cette masse doit être convertie en kg
m = 0,972 kg
On utilise la relation V =  m  
                                                         ρ  
V =   0,972    
          27000    
V = 3,6 x 10-4 m3
V = 0,36 m3

La densité
La densité d'une substance se note d et correspond au rapport de la masse volumique de cette subsance par la masse volumique de l'eau pure à une température de 4°C.
La densité peut donc être calculée en utilisant la relation suivante:
dsubstance =  ρsubstance    
                            
  ρeau
Les deux masses volumiques doivent être exprimées dans la même unité
La densité n'a pas d'unité
Etant donné qu'un litre d'eau a une masse d'un kilogramme ρeau = 1 kg.dm-3  donc si les masse volumique ( eau et substance ) sont exprimées en kilogramme par décimètre cube alors la relation devient:
dsubstance =  ρsubstance
                                          1  
donc dsubstance = ρsubstance.
Si la masse volumique d'une substance est exprimée en kilogramme par décimètre cube alors sa valeur correspond aussi à la valeur de sa densité.

Densité et repérage des phases d'un mélange de liquides non miscibles
La densité est la grandeur qui permet de savoir si une substance flote ou coule dans un autre liquide.
Par exemple, l'eau ayant une densité de 1  alors toutes substance ayant une densité supérieure coule et toute substance avec une densité inférieur flotte.
Plus généralement la substance ayant la plus faible densité flotte sur celle qui a la densité la plus élevée.
Par  exemple la densité de l'essence est de 0,75 tandis que celle de l'éther est de 071 dans l'essence coule dans l'ether.

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