Le volume en physique chimie équivaut à la masse par unité de volume d’une substance chimique. Ceci étant, il existe plusieurs méthodes qui permettent de trouver la bonne formule pouvant aider à calculer le volume en physique chimie. Découvrez quelques-unes dans cet article.
Plan de l'article
Qu’appelle-t-on masse volumique ?
On ne peut parler des méthodes permettant de calculer le volume en physique chimie sans parler au préalable de la masse volumique. En effet, la masse volumique d’un corps chimique est égale à la masse unitaire du volume de ce corps. La masse volumique d’une substance chimique varie en fonction des conditions dans lesquelles elle est placée. Cela peut donc dépendre :
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- De l’état de la substance ;
- De sa température ;
- De sa pression.
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Il existe d’ailleurs différents types d’état dans lesquels une substance chimique peut être. Il s’agit notamment de l’état liquide, de l’état gazeux et de l’état solide. Pour ce qui est de l’unité des corps chimiques, elle est souvent exprimée en fonction de l’état dans lequel se trouve le corps. La masse volumique des gaz et des liquides est généralement exprimée en gramme par litre soit g/L. Quant aux substances solides, leur masse volumique est souvent exprimée en gramme par décimètre cube soit g/dm³.
Par ailleurs, certains d’entre eux s’expriment en kilogramme par mètre cube soit kg/m³. Ainsi, lorsque la température d’un corps est élevée à température constante, elle gonfle et prend assez de volume. Cela entraine donc la réduction de la masse volumique de cette substance dans ce cas. Mais, si c’est la pression qui s’amplifie à température constante, le corps se comprime et prend peu de volume. Dans ce cas, la masse volumique chute carrément. Au regard de tout cela, il est indispensable d’apprendre à calculer le volume en physique chimie.
Méthodes pour calculer le volume en physique chimie
Il est possible de calculer le volume d’une substance en physique chimie en faisant la division de sa masse volumique par sa masse réelle. De façon explicite, il faut utiliser la formule ci-après : masse volumique du corps chimique ÷ la masse de ce corps (V=m÷p). Cependant, il faut s’assurer de respecter la logique en ce qui concerne les unités utilisées lors du calcul. Pour ce faire, prenons l’exemple d’un cylindre de 9 dm³ qui est composé de cuivre de masse volumique (p=9,96 g/cm³). Dans ce cas, il est indispensable de convertir le volume en centimètre cube. Cela donnera pour résultat V= 9dm³= 9000 cm³.
S’il faut s’en tenir à la formule précédente, m= 9,96×9000= 89640. Convertir 89640 en kilogramme donne 89,6 kg. Rappelons que 1g/L équivaut à 1mg/mL, 1g/dm³ et 1mg/cm³. Ainsi, un récipient qui contient, par exemple, 300 g d’éthanol de masse volumique équivaut à p=789 g/L.
Dans ce cas précis, il faut remplacer chacune des grandeurs par sa vraie valeur. Il faut donc diviser les 300 par 789. Cela va donner la formule ci-après : V= m/p dont V est égal à 200 et p égal à 789. La réponse à cette réponse est égale à 0,380 soit V= 0,380 L. Le calcul du volume en physique chimie nécessite que l’on connaisse les différentes formules afin de ne pas se retrouver bloqué à un niveau donné.
Les instruments de mesure pour déterminer le volume
En physique-chimie, il existe plusieurs instruments de mesure permettant de déterminer le volume avec précision. Le plus courant est la pipette graduée qui est utilisée pour prélever une quantité précise de liquide. Elle peut être utilisée seule ou en combinaison avec un bécher pour mesurer des volumes plus importants.
Le bécher, aussi appelé verre doseur, est l’instrument le plus connu et le plus utilisé en chimie. Il permet d’avoir une estimation assez précise du volume d’un liquide grâce à son échelle graduée inscrite sur sa paroi latérale. Il n’est pas aussi précis que la pipette graduée.
Le cylindre gradué quant à lui sert à mesurer le volume des liquides avec une grande exactitude. Il possède une forme allongée et étroite ainsi qu’une graduation fine, ce qui offre une lecture directe très précise du niveau atteint par les différents liquides présents dans le récipient.
Pour les corps solides volumineux comme les cubes ou encore les sphères ayant des volumes réguliers connus, on utilise souvent un instrument spécifique : la balance volumétrique. Cette dernière consiste en deux plateaux (l’un vide et l’autre contenant l’échantillon) reliés entre eux et maintenus en équilibre grâce à un bras articulé pivotant autour d’un axe central. En fonction du poids de l’échantillon contenu dans chaque plateau, la position de cet axe variera différemment, ce qui va nous donner accès au calcul du volume.
Il ne faut pas oublier l’importance de la température et de la pression dans les mesures de volume en physique-chimie. Il est donc judicieux d’utiliser des thermomètres pour préciser la température ainsi que des manomètres pour déterminer au mieux la pression atmosphérique.
Applications pratiques du calcul de volume en physique chimie
Le calcul de volume en physique-chimie est une technique largement utilisée dans divers domaines. Parmi les applications pratiques du calcul de volume, on peut citer la pharmacologie où il faut mesurer les produits fabriqués. Les normes réglementaires imposent aux fabricants des limites rigoureuses sur les quantités d’additifs ou de conservateurs autorisés, par exemple.
Le domaine de l’aéronautique fait également un usage intensif du calcul de volume, notamment pour optimiser les performances aériennes en fonction des masses et volumes transportés. Il s’agit ici notamment d’évaluer précisément les volumes occupés par chaque type de carburant, ainsi que celui réservé aux bagages et aux passagers.
Le secteur industriel exploite couramment cette méthode dans différents processus, comme dans le cadre du traitement des eaux usées ou encore lors du raffinage pétrolier.
Il faut réaliser ces mesures, mais surtout leur donner une signification pratique utile selon l’environnement où elles seront employées.
