Utiliser la masse volumique de l'eau
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- Connaitre la masse volumique de l’eau liquide dans différentes unités.
- Comparer la masse volumique de l’eau liquide à celle d’autres corps purs et mélanges.
- Utiliser la comparaison des masses volumiques pour interpréter un phénomène physique et séparer des constituants d’un mélange hétérogène.
- La masse volumique d’une espèce chimique, notée ρ (rhô), est la masse (en kg) de l’espèce par unité de volume (en m3).
- ρeau liquide = 1000 kg/m3 = 1000 g/L = 1 g/cm3 = 1 g/mL
- Une substance A non miscible à l’eau coule dans l’eau si ρA > 1000 kg/m3 et flotte si ρA < 1000 kg/m3.
1 kg = 1000 g et 1 cm3 = 1 mL
Elle s’exprime donc en kilogramme par
mètre cube (
ou 
) dans le système International.
Une masse volumique est caractéristique d’une espèce chimique ou d’un matériau.
Le chimiste utilise également d’autres unités.
- Pour les solides, le gramme par centimètre
cube (g/cm3) :
1 g/cm3 = 1000 kg/m3. - Pour les liquides, le gramme par
millilitre (g/mL) :
puisque 1 cm3 = 1 mL, on a 1 g/mL = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3.
La masse volumique du fer est ρfer = 7900 kg/m3, ce qui signifie que 1 m3 de fer pèse 7900 kg.
| Corps |
ρ |
ρ (en g/cm3 pour les solides ou g/mL pour les liquides) |
| Fer | 7900 | 7,9 |
| Aluminium | 2700 | 2,7 |
| Essence | 750 | 0,75 |
| Éthanol | 789 | 0,789 |
Cela signifie que 1 m3 d’eau liquide pèse 1000 kg, soit 1 tonne.
La masse volumique de l’eau solide (glace) est ρglace = 910 kg/m3.
Pour les liquides et les gaz, la masse volumique est souvent exprimée en gramme par litre (g/L ou g·L–1).
Cela signifie que 1 L d’eau liquide pèse 1000 g, soit 1 kg.
On peut également utiliser les grammes par millilitre (g/mL) ou les grammes par centimètre cube (g/cm3), qui sont des unités équivalentes.
-
ρfer = 7900 kg/m3
donc la masse volumique du fer est
supérieure à celle de l’eau
(ρeau = 1000 kg/m3).
Puisque ρfer > ρeau, le fer coule dans l’eau. - L’huile alimentaire est non miscible
à l’eau et sa masse volumique est
ρhuile alimentaire = 900 kg/m3.
La masse volumique de cette huile est inférieure à celle de l’eau, donc l’huile flotte sur l’eau.
On peut utiliser la différence de masse volumique entre deux liquides non miscibles pour les séparer et extraire l’un des deux liquides.
De nombreuses techniques de séparation et d’extraction de substances chimiques utilisent l’ampoule à décanter.
Lors d’une étape du protocole expérimental, l’ampoule à décanter contient deux liquides non miscibles : un solvant organique (par exemple du cyclohexane) et de l’eau.
Il se forme alors une phase supérieure et une phase inférieure.
- Si ρsolvant > ρeau alors le solvant est la phase inférieure et l’eau la phase supérieure (le solvant est plus lourd que l’eau).
- Si ρsolvant < ρeau eau alors le solvant est la phase supérieure et l’eau la phase inférieure (le solvant est plus léger que l’eau).
Deux phases dans une ampoule à décanter
Pour extraire du diiode (I2) présent dans une solution aqueuse :
- on verse du cyclohexane (solvant) dans la solution ;
- on secoue fortement l’ensemble : le diiode va migrer de la solution vers le solvant ;
- on laisse décanter dans l’ampoule : il se forme deux phases. L’une est de l’eau, l’autre est le solvant et le diiode.
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