1.7: Mesure : unités standards

Chaque mesure fournit trois types d'informations : la taille ou l'ampleur de la mesure (un nombre), un critère de comparaison pour la mesure (une unité) et une indication de l'incertitude de la mesure. Bien que le nombre et l'unité soient représentés de manière explicite lorsqu'une quantité est inscrite, l'incertitude est un aspect des erreurs dans les résultats de la mesure.

Le nombre dans la mesure peut être représenté de différentes façons, y compris selon la forme décimale et la notation scientifique, également appelée notation exponentielle. Par exemple, le poids maximum au décollage d'un avion de ligne Boeing 777-200ER est de 298 000 kilogrammes, ce qui peut également être écrit comme 2,98 × 10⁵ kg. 

Les unités, telles que les litres, les livres et les centimètres, sont des critères de comparaison pour les mesures. Une bouteille de 2 litres d'une boisson gazeuse contient deux fois plus de boisson que le volume ordinaire de 1 litre. Sans unités, un nombre peut être dénué de sens, confus, ou éventuellement mettre notre vie en danger. Supposons qu'un médecin prescrit du phénobarbital pour contrôler les convulsions d'un patient et indique une dose de “ 100 ” sans préciser d'unités. Non seulement cela va être déroutant pour le professionnel de santé qui donne la dose, mais les conséquences peuvent être terribles : 100 mg donnés trois fois par jour peut être efficace comme anticonvulsif, mais une dose unique de 100 g correspond à plus de 10 fois la quantité létale.

Le système international d'unités (unités SI)

Les unités de mesure pour sept propriétés fondamentales (“ unités de base ”) : la longueur, la masse, le temps, la température, le courant électrique, la quantité de substance et l'intensité lumineuse ont été fixées par un accord international. Elles sont appelées le système international d'unités ou unités SI. Les unités d'autres propriétés peuvent être dérivées de ces sept unités de base. Les unités de mesure quotidiennes sont souvent définies comme des fractions ou des multiples d'autres unités. Le lait se trouve généralement dans des emballages de 1 gallon (4 quarts), 1 quart (0,25 gallon) et une pinte (0,5 quart). Cette même approche est utilisée avec les unités SI, mais ces fractions ou multiples sont toujours des puissances de 10. Les unités SI fractionnaires ou multiples sont nommées à l'aide d'un préfixe et du nom de l'unité de base. Par exemple, une longueur de 1000 mètres est également appelée kilomètre parce que le préfixe kilo signifie “ un millier “, qui en notation scientifique est 10³ (1 kilomètre = 1000 m = 10³ m).

Unités SI standard

Les premières unités du système métrique, qui a finalement évolué vers le système SI, ont été établies en France pendant la Révolution française. Les références d'origine pour le mètre et le kilogramme y ont été adoptées en 1799 et, par la suite, par d'autres pays. Voici les quatre unités SI de base couramment utilisées en chimie.

1. Longueur

L'unité de longueur standard dans le système SI est le mètre (m). Un mètre est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299792458 de seconde. Les distances plus longues sont souvent indiquées en kilomètres (1 km = 1000 m = 10³ m), alors que les distances plus courtes peuvent être indiquées en centimètres (1 cm = 0,01 m = 10⁻² m) ou en millimètres (1 mm = 0,001 m = 10⁻³ m).

2. Masse

L'unité de masse standard dans le système SI est le kilogramme (kg). Un kilogramme est défini par la masse d'un objet de référence : un cylindre métallique en alliage de platine-iridium d'une hauteur et d'un diamètre de 39 mm. Tout objet ayant la même masse que cette référence est dit avoir une masse de 1 kilogramme. Le gramme (g) est exactement égal à 1/1000 de la masse du kilogramme (10⁻³kg).

Le terme “ poids “ est souvent utilisé de façon interchangeable avec “ masse “. Cependant, les deux quantités sont différentes. Tandis que la masse d'un objet mesure la quantité de matière qui se trouve à l'intérieur, son poids mesure la force gravitationnelle exercée sur sa matière. Par exemple, si nous pouvions nous peser sur la lune, qui a une gravité plus faible que la Terre, nous pèserions moins que nous ne l'avons fait sur la Terre. Cependant, la masse — la quantité de matière dans notre corps — restera la même.

3. Température

L'unité SI de température est le Kelvin (K), bien que le degré Celsius (°C) soit également autorisé dans le système SI, avec le mot ” degré ” et le symbole du degré utilisés pour les mesures en degrés Celsius. Les degrés Celsius ont la même amplitude que ceux en Kelvin, mais les deux échelles placent leurs zéros à des endroits différents. L'eau gèle à 273,15 K (0 °C) et bout à 373,15 K (100 °C) par définition, et la température normale du corps humain est d'environ 310 K (37 °C). L'échelle Fahrenheit (°F) est une autre unité utilisée couramment pour mesurer la température. Sur l'échelle Fahrenheit, l'eau gèle à 32 °F et bout à 212 °F, et la température normale du corps humain est de 96 °F.  

Alors que les échelles Fahrenheit et Celsius permettent d'avoir des températures négatives, l'échelle Kelvin, également appelée échelle absolue, ne le permet pas. Sur l'échelle Kelvin, 0 K est la température la plus basse, appelée zéro absolu.  

Les échelles de température sont interconvertibles à l'aide des formules de conversion suivantes :

4. Temps

L'unité de base SI pour le temps est la seconde (s). Les petits et les grands intervalles de temps peuvent être exprimés avec les préfixes appropriés. Par exemple :  

Vous pouvez également utiliser les heures, les jours et les années.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 1.4 : Mesures.

En science, la mesure est attribuer d'une valeur numérique à une caractéristique, comme la masse, la taille et la température de la matière. Chaque mesure fournit deux types d'informations. Le premier est le nombre la taille ou la magnitude de la mesure.

Le second est l'unité un standard de comparaison pour la mesure. Ainsi, lorsque l'eau bout à 100 C, le nombre 100 représente le magnitude de la mesure, et C représente l'unité. Ensemble, ils traduisent la taille relative de la propriété de la matière en question le point d'ébullition.

Sans unités, un nombre peut être inutile ou confus. Par exemple, si la hauteur de la tour Eiffel est rapporté à 300, sans fournir d'unités le contexte de ce nombre 300 n'est pas clair. Cela signifie que la tour Eiffel pourrait être relativement haute, ou très court.

mais sans les unités à comparer, cela rend cette situation difficile à évaluer. Parfois, une troisième forme d'information, erreur, est également fourni. Ces données sont une indication de l'incertitude de la mesure.

Ainsi, afin de mesurer et rapporter les différentes propriétés de la matière avec précision, des systèmes de mesure communs ont été développés. Le système international d'unités ou le système SI est celui utilisé par les scientifiques dans le monde entier. Sous le système SI, les unités de mesure pour 7 propriétés fondamentales longueur, masse, temps, température, courant électrique, quantité de substance, et l'intensité lumineuse, ont été réglées.

Celles-ci sont appelées les unités standard ou les unités de base. Parmi ceux-ci, les unités de base des quatre premières propriétés sont les plus couramment utilisés en chimie. L'unité de longueur standard dans le système SI est le mètre, représenté par le symbole d'unité m"Des distances plus longues sont souvent signalées en kilomètres, ou km"où 1 kilomètre est égal à 1000 mètres.

À l'inverse, des distances plus courtes peuvent être indiquées en centimètres, ou cm"où 1 centimètre est égal à 0, 01 mètre;ou millimètres, mm"où 1 millimètre est égal à 0, 001 mètre. De même, l'unité de masse standard dans le système SI est le kilogramme, représenté par le symbole d'unité kg"Un kilogramme équivaut à 1000 grammes. La température est une autre propriété fondamentale, avec l'unité SI kelvin et le symbole d'unité K"en majuscules.

Ceci est affiché sans le mot degré"ni le symbole degré, pour distinguer les degrés Celsius et les degrés Fahrenheit. Par exemple, l'eau bout à 373, 15 K, et la température normale du corps humain est d'environ 310 K.La quatrième unité de base la plus utilisée est la seconde, l'unité de temps SI, avec le symbole d'unité s"Alors que des intervalles de temps plus courts peuvent être exprimés en millisecondes, où 1 milliseconde équivaut à 0, 001 seconde, des intervalles de temps plus longs peuvent être exprimés en mégasecondes où 1 mégaseconde est égal à 1 million de secondes. Alternativement, des unités non SI telles que les heures, les jours et les années sont également utilisés.