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Définitions :
La masse volumique d’une substance est le rapport de la masse d’un échantillon de cette
substance au ...
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Méthodes de mesure :
Le pycnomètre : concerne les liquides, Vp = volume intérieur du
pycnomètre
On réalise trois pe...
A.1.
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Exemple de procédure pour un solide : on procède à deux pesées et une mise à zéro
m0 = masse du solide dans l’air à...
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Densimétrie

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Densimétrie

  1. 1. A.1. 1 Définitions : La masse volumique d’une substance est le rapport de la masse d’un échantillon de cette substance au volume qu’il occupe : 𝜌 = 𝑚 𝑉 Cette grandeur s’exprime habituellement en kg/m3, en g/L ou en g/cm3 et dépend de la température par le biais du volume. A quelques exceptions près, la masse volumique diminue avec la température. Substance t (°C) t / kg m-3 t / g cm-3  eau 0 999,8425 0,9998425 eau 2 999,9429 0,9999429 eau 4 999,9750 0,999975 eau 5 999,9668 0,9999668 eau 10 999,7026 0,9997026 eau 20 998,2071 0,9982071 eau 25 997,0479 0,9970479 glace 0 916,7 0,9167 éthanol 20 791 0,791 mercure 20 13546,2 13,5462 aluminium 20 2698,9 2,6989 or 20 19320 19,32 dioxygène 0 1,429 1,429.10-3 P = 1 bar Remarque : les densités gazeuses à la pression atmosphérique sont, en gros, 1000 fois plus faibles que celles des corps condensés ; il en va évidemment de même pour les volumes molaires. La densité d’une substance est le rapport de sa masse volumique à celle d’une substance de référence. C’est une grandeur sans dimension. 𝑑𝑡𝑟 𝑡 = 𝜌𝑡 𝜌𝑡𝑟 En général, l’eau est choisie comme référence pour les liquides et les solides. L’air sec sous une pression de 1 bar sert souvent de référence pour les gaz. Exemples : 𝑑20 20(é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) = 𝜌20 (é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝜌20 ( 𝑒𝑎𝑢) = 791 998,2071 = 0,792 𝑑4 20(é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) = 𝜌20 (é𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝜌4 ( 𝑒𝑎𝑢) = 791 999,9750 = 0,791 𝑑4 20( 𝑜𝑟) = 𝜌20 ( 𝑜𝑟) 𝜌4 ( 𝑒𝑎𝑢) = 19320 999,9750 = 19,32 𝑑4 20( 𝑒𝑎𝑢) = 𝜌20 ( 𝑒𝑎𝑢) 𝜌4 ( 𝑒𝑎𝑢) = 998,2071 999,9750 = 0,998232
  2. 2. A.1. 2 Méthodes de mesure : Le pycnomètre : concerne les liquides, Vp = volume intérieur du pycnomètre On réalise trois pesées, généralement à la même température (t). m1 = masse du pycnomètre vide (propre et sec) m2 = masse du pycnomètre rempli de la substance étudiée m3 = masse du pycnomètre rempli de la substance de référence 𝑑𝑡 𝑡( 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒) = 𝜌𝑡( 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒) 𝜌𝑡( 𝑟é𝑓é𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒) = 𝑚2 − 𝑚1 𝑉𝑝 𝑚3 − 𝑚1 𝑉𝑝 = 𝑚2 − 𝑚1 𝑚3 − 𝑚1 𝜌𝑡( 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒) = 𝑑𝑡 𝑡( 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒). 𝜌𝑡( 𝑟é𝑓é𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒) = 𝑚2 − 𝑚1 𝑚3 − 𝑚1 ∙ 𝜌𝑡( 𝑟é𝑓é𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒) Le densimètre (aréomètre) : concerne les liquides Ce sont des flotteurs lestés dont la tige est diversement graduée en fonction de la gamme de masses volumiques/densités/concentrations visée (pèse-acide, pèse-alcool, pèse-sel, lactomètre, …). La mesure est semi-quantitative et tributaire d’une lecture de ménisque. Liquide étudié La balance hydrostatique : concerne les liquides et les solides insolubles Balance de Wesphal Balance pour liquides Balance pour solides Exemple de procédure pour un liquide : on procède à trois pesées m0 = masse du plongeur dans l’air (on néglige généralement la poussée d’Archimède) m1 = masse du plongeur dans l’eau à la température t1 m2 = masse du plongeur dans le liquide étudié à la température t2 m1 = m0 - m(eau déplacée) = m0 - t1(eau).V(eau déplacée) (Archimède) → V(eau déplacée) = V(plongeur) = (m0 - m1)/t1(eau). m2 = m0 - m(liquide déplacé) = m0 - t2(liquide).V(plongeur) (Archimède) → t2(liquide) = (m0 - m2)/V(plongeur)
  3. 3. A.1. 3 Exemple de procédure pour un solide : on procède à deux pesées et une mise à zéro m0 = masse du solide dans l’air à la température t (on négligegénéralement la poussée d’Archimède) mise à zéro de la balance avec la nacelle dans l’eau à la température t m1 = masse du solide étudié dans l’eau à la température t m1 = m0 - m(eau déplacée par le solide) = m0 - t(eau).V(solide) → V(solide) = (m0 - m1)/t(eau) t(solide) = m0/V(solide) A l’aide d’une fiole jaugée : concerne les solides insolubles Le solide est pesé dans l’air (m0) puis immergé dans une fiole jaugée mise au trait avec, par exemple, de l’eau. L’ensemble est équilibré (température = t) et pesé (m1). L’eau est ramenée au trait par un prélèvement (pipette) et l’ensemble fiole + eau au trait + solide est pesé (m2). Masse d’eau déplacée par le solide = m1 - m2. Volume du solide = (m1 - m2)/t(eau) → t(solide) = m0.t(eau)/(m1 - m2) Densimètre électronique : concerne les liquides et les gaz C’est probablement l’équipement le plus utilisé actuellement car il allie précision, rapidité et facilité d’emploi. Le principe de fonctionnement se base sur la mise en oscillation d’un tube en U dont la fréquence d’oscillation est liée à la masse volumique du fluide qui le remplit. L’étalonnage met généralement en œuvre l’air (tube vide) et l’eau à une température fixée par l’opérateur. Le remplissage du tube conditionne largement la justesse de la mesure qui exige d’éviter la présence du bulles d’air (parfois très petites). Tube en U

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