Propriétés des espèces chimiques

La masse volumique et la densité

Une espèce chimique est caractérisée par sa masse volumique, ou par sa densité, qui dépend de son état physique.

Selon son état physique, la masse volumique d’un échantillon peut considérablement varier.

La masse volumique ρ d’un échantillon de matière est une grandeur égale au quotient de sa masse m par le volume V qu’il occupe. Elle est donc définie par la relation : $\rho =\frac{m}{V}$.

Dans cette formule, généralement, la masse s’exprime en gramme ($kg$), le volume en mètre cube ($m^3$) et la masse volumique en gramme par mètre cube ($kg·m^{-3}$).

La densité est une grandeur sans unité. La densité est égale au quotient de la masse volumique de l’échantillon par rapport à la masse volumique d’un corps de référence. La densité est donc définie par la relation : $d=\frac{\rho }{{\rho }_{référence}}$.

Pour les liquides et les solides, le corps de référence est l’eau à 4°C. Le relation devient alors : $d=\frac{\rho }{{\rho }_{eau}}$.

Pour les gaz, le corps de référence est l’air à la même température et sous la même pression que l’échantillon.

Dans cette relation, les masses volumiques doivent être exprimées dans la même unité.

Voici quelques exemples :

substance	masse volumique en $kg.m^{-3}$	densité
eau à 4°C	1 000	1
huile d’olive	920	0,92
acétone	790	0,79
alcool	789	0,789
sang humain	1 056	1,056
aluminium	2 700	2,7
cuivre	8 900	8,9

Attention

Il est important de savoir convertir les unités de masse volumique. En effet, dans les exercices, on peut être amené à exprimer la masse volumique en $g.c{m}^{-3}$, $g.m{L}^{-1}$, etc.

Le plus difficile est de convertir la partie volumique. En effet, il faut savoir convertir les unités de volume. On retiendra que :

• $1c{m}^3=1mL$
• $1m^3={10}^{3}L$ et $1L={10}^{-3}{m}^3$

Rappel: la notation $kg.m^{-3}$, par exemple, signifie $kg/m^3$.

Par exemple pour exprimer la masse volumique de l’éthanol $789kg.m^{-3}$ en $g.m{L}^{-1}$, on peut procéder comme suit :

$$\begin{array}{rl}789kg.m^{-3}& =789\times \frac{kg}{m^3}\\ & =789\times \frac{{10}^{3}g}{{10}^{3}L}\\ & =789\times \frac{{10}^{3}g}{{10}^{3}L}\\ & =789\times \frac{{10}^{3}g}{{10}^3\times {10}^{3}mL}\\ & =789\times \frac{g}{{10}^{3}mL}\\ & =789\times {10}^{-3}g/mL\\ & =789\times {10}^{-3}g.m{L}^{-1}\end{array}$$

Température de changement d’état

Lorsque la matière passe d’un état à un autre, il s’agit d’un changement d’état.

Pour un corps pur ce changement d’état se fait à une température donnée, constante durant tout le changement d’état. Cette température appelée température de changement d’état dépend de l’espèce chimique qui compose le corps pur.

Si l’on suit l’évolution de la température au cours du temps d’un corps, il est possible d’identifier s’il s’agit d’un corps pur ou d’un mélange.

Suivi de température de 3 corps en fonction du temps lors d’un refroidissement

Dans cet exemple on peut affirmer :

• le corps correspondant à l’évolution de couleur jaune est un corps pur. La température de changement d’état est 0°C. En effet on observe un palier de température durant le chanegement d’état.
• le corps correspondant à l’évolution de couleur bleue est un corps pur. La température de changement d’état est 6°C. En effet on observe un palier de température durant le chanegement d’état.
• le corps correspondant à l’évolution de couleur rouge est un mélange. On observe que la courbe de température change et que le changement d’état a lieu, mais cette température n’est pas constante au cours du changement d’état.