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La masse volumique, définie comme la masse d’une substance par unité de volume, est une propriété physique importante pour caractériser un matériau ou un système chimique.
Mathématiquement, la masse volumique est calculée comme la masse d’une substance par le volume qu’elle occupe. Le symbole grec « ? » est normalement utilisé pour désigner la densité dans les sciences physiques. Pour obtenir la masse volumique d’une substance, sa masse et son volume sont déterminés par mesure.
Cette vidéo présente les principes de détermination de la masse volumique, les procédures de calcul de la masse volumique des substances solides et liquides, ainsi que certaines applications de la masse volumique dans la recherche scientifique.
Toute matière a une masse, et cette masse occupe un volume spécifique.
Cependant, le volume d’espace occupé par une même masse est différent pour différentes substances, en fonction de leur densité respective. Par exemple, une tonne de briques a la même masse qu’une tonne de plumes, mais occupe beaucoup moins de volume. La masse volumique est obtenue en divisant la masse par le volume. La masse peut être mesurée à l’aide d’une balance ou d’une balance, et est exprimée en grammes ou en kilogrammes.
Par convention, le volume de liquides et de gaz est souvent exprimé en litres ou en millilitres, mesurés avec de la verrerie. Les dimensions des solides de forme régulière peuvent être mesurées directement à l’aide de règles ou de pieds à coulisse, qui ont des unités linéaires, donnant des volumes en unités telles que les centimètres cubes. Un millilitre équivaut à un centimètre cube.
Les dimensions d’échantillons solides de forme irrégulière ne peuvent pas être facilement mesurées. Au lieu de cela, leurs volumes peuvent être déterminés en immergeant le solide dans un liquide. Le volume du solide immergé est égal au volume de liquide déplacé.
Maintenant que vous comprenez le concept de masse volumique, jetons un coup d’œil à deux protocoles permettant de déterminer avec précision la masse volumique d’un liquide et d’un solide.
Pour commencer cette procédure, placez une fiole jaugée propre et sèche de 50 mL sur une balance analytique. Une fois la mesure stabilisée, tarez la balance. Le solde doit indiquer zéro. À l’aide d’un entonnoir, ajouter environ 45 ml de liquide dans la fiole. Ne remplissez pas jusqu’au repère d’étalonnage. À l’aide d’une pipette Pasteur, ajoutez soigneusement les 5 derniers ml de liquide, jusqu’à ce que le fond du ménisque du liquide touche la ligne du ballon. Pesez à nouveau le ballon et notez la masse du liquide. Répétez les mesures au moins deux fois pour obtenir des valeurs supplémentaires permettant de calculer une masse volumique moyenne. Les résultats sont présentés dans ce tableau. La masse volumique moyenne mesurée était de 0,789 g/mL, ce qui correspond à la valeur publiée pour l’éthanol.
Pour déterminer la masse volumique d’un solide irrégulier sous forme de granules, ajoutez environ 40 mL d’eau dans un cylindre gradué propre et sec de 100 mL. Enregistrez le volume exact. Placez le cylindre sur une balance analytique et tare. Ajoutez environ 10 granulés et notez le nouveau volume après l’ajout. Pesez le cylindre, l’eau et les granulés. La masse n’est constituée que de granulés, le reste ayant été taré. Effectuez au moins deux séries supplémentaires de mesures de masse et de volume pour calculer une valeur moyenne de la masse volumique. La masse volumique du zinc a été mesurée pour trois échantillons différents. Il s’est avéré qu’il était de 6,3 g/mL. Notez que, puisque les mesures ont été effectuées dans un cylindre gradué, qui est moins précis qu’une fiole jaugée, la densité a un degré de précision inférieur.
Examinons maintenant plusieurs applications différentes de la densité dans différents domaines de la recherche scientifique.
La densité est utile pour identifier ou valider des matériaux purs, tels que des éléments ou d’autres espèces de pureté connue. Par exemple, parce que l’or a une densité plus élevée que de nombreux autres métaux moins chers, calculer la densité d’une pièce d’or est un moyen rapide et peu coûteux de tester sa pureté. Si la densité ne correspond pas à celle de l’or, la pièce n’est pas pure. Ici, une pièce d’or a une masse de 27,55 g et un volume de 1,84 cm3, ce qui donne une densité de 14,97 g/cm3, ce qui est nettement inférieur à la densité de l’or de 19,3 g/cm3, indiquant que la pièce n’est pas faite d’or pur.
Les mesures de densité peuvent également être utilisées pour identifier une substance inconnue si une liste de densités de référence possibles est disponible, et peuvent être utilisées pour distinguer des métaux d’apparence similaire. Dans cet exemple, le scientifique tente d’identifier deux échantillons de métal argenté brillant, qui pourraient être soit de l’aluminium, soit du zinc. Bien que les deux échantillons aient la même masse, leurs volumes sont considérablement différents. Les densités ont été déterminées à 2,7 et 7,1 g/cm3 respectivement, confirmant leurs identités comme étant l’aluminium et le zinc.
Enfin, les différences de densité sont utiles pour séparer les composants d’un mélange complexe. Dans une méthode appelée centrifugation par gradient de densité, des concentrations décroissantes de saccharose ou de polymères sont superposées pour créer un gradient. L’échantillon est ensuite ajouté par-dessus. Ce mélange est ensuite soumis à une centrifugation ? la rotation du mélange à grande vitesse pour générer une « force centrifuge » qui conduira à la formation d’un gradient de concentration de la molécule. Les composants du mélange vont migrer vers un point le long de ce gradient avec lequel sa densité est comparable.
Dans cet exemple, un type spécifique de gouttelettes lipidiques, ou de petites gouttes de molécules de graisse, a été isolé des cellules. Un mélange homogénéisé a d’abord été obtenu en brisant les cellules. En centrifugeant le mélange dans un gradient de densité de saccharose, les gouttelettes ont été séparées avec succès d’autres composants cellulaires constitués de lipides, tels que les cellules ? Membranes.?
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE, la détermination de la masse volumique d’un liquide et d’un solide. Vous devez maintenant comprendre la masse, le volume et la densité, ainsi qu’avoir une bonne idée de la façon de mesurer ces quantités.
Merci d’avoir regardé !
