Fiche de révision : Masse volumique et composition de l’air

📋 Plan du Cours

1. Définition et comparaison des masses volumiques
2. Formules et unités de masse volumique
3. Mesure d’un liquide
4. Mesure d’un solide
5. Volume des solides quelconques
6. Composition chimique de l’air
7. Modèle microscopique de l’air
8. Reconnaissance du dioxygène
9. Compression et expansion de l’air
10. Masse de l’air

📖 1. Définition et comparaison des masses volumiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : Caractéristique propre à chaque matériau ou espèce chimique, définie comme le quotient de sa masse par son volume.

📝 Points essentiels

📌 À volume égal, un matériau de masse volumique plus élevée possède une masse plus grande qu’un matériau de masse volumique plus faible.

💡 Astuce mémo

Faible masse volumique : flotte ; forte masse volumique : coule

📖 2. Formules et unités de masse volumique

★ À maîtriser

📐 Formule — La masse volumique vérifie $\rho = \frac{m}{V}$, avec m la masse, V le volume et ρ la masse volumique.

📐 Formule — La masse se calcule avec $m = \rho \times V$ et le volume avec $V = \frac{m}{\rho}$.

Compléments

• L’unité internationale de la masse volumique est le kg/m³, mais elle peut aussi être exprimée en g/cm³ ou en g/L.

• Les conversions utiles sont:

  • 1 m³ = 1000 L
  • 1 mL = 1 cm³
  • 1 kg = 1000 g

💡 Astuce mémo

ρ = m/V

📖 3. Mesure d’un liquide

📝 Points essentiels

• 🔄 Pour mesurer la masse volumique d’un liquide:

  1. Tarer la balance avec l’éprouvette vide
  2. Introduire un volume connu de liquide
  3. Relever la masse du liquide
  4. Appliquer ρ = m/V

• Pour 10 mL d’huile ayant une masse de 9 g, la masse volumique vaut 0,9 g/cm³, soit 900 kg/m³.

📌 Pour 10 mL d’eau pesant 10 g, la masse volumique vaut 1 g/cm³, soit 1000 kg/m³, et l’huile flotte sur l’eau car sa masse volumique est inférieure.

💡 Astuce mémo

Tare → mesurer le volume → relever la masse → calculer ρ

📖 4. Mesure d’un solide

📝 Points essentiels

• 🔄 Pour mesurer la masse volumique d’un solide de forme régulière:
  1. Mesurer la masse
  2. Calculer le volume géométrique
  3. Appliquer ρ = m/V

📐 Formule — Le volume d’une sphère de rayon R se calcule avec $V_{\mathrm{sphère}} = \frac{4}{3}\pi R^3$, en prenant π = 3,14 dans l’exemple.

• Une bille de plomb de masse 47,3 g et de rayon 1 cm possède un volume de 4,2 cm³ et une masse volumique de 11,3 g/cm³, soit 11300 kg/m³.

💡 Astuce mémo

Peser → calculer le volume → appliquer ρ = m/V

📖 5. Volume des solides quelconques

★ À maîtriser

• 🔄 Pour mesurer le volume d’un solide de forme quelconque:
  1. Relever le volume initial d’eau
  2. Immerger le solide
  3. Relever le volume final
  4. Soustraire le volume initial du volume final

Compléments

• Si le volume initial est 187,5 mL et le volume final 500 mL, le volume de l’objet vaut 312,5 mL, soit 312,5 cm³.

💡 Astuce mémo

Forme régulière : formule ; forme quelconque : déplacement d’eau

📖 6. Composition chimique de l’air

★ À maîtriser

• L’air est composé:
  • de 78 % de diazote N₂
  • de 21 % de dioxygène O₂
  • de moins de 1 % d’autres gaz

Compléments

• Les autres gaz de l’air sont notamment:

  • l’argon
  • le néon
  • l’hélium
  • le dioxyde de carbone CO₂
  • la vapeur d’eau H₂O

• Le dioxygène est rejeté dans l’air par la photosynthèse des végétaux réalisée durant la journée.

💡 Astuce mémo

78 % N₂, 21 % O₂, moins de 1 % d’autres gaz

📖 7. Modèle microscopique de l’air

★ À maîtriser

• À l’échelle microscopique, l’air contient environ 80 % de molécules de diazote et 20 % de molécules de dioxygène, soit environ quatre fois plus de diazote que de dioxygène.

Compléments

• Les molécules de l’état gazeux sont mobiles et désordonnées.

💡 Astuce mémo

Diazote majoritaire, dioxygène vital

📖 8. Reconnaissance du dioxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Incandescence : État d’un corps en combustion sans présence de flammes.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le test du dioxygène consiste à:
  1. Allumer une bûchette
  2. Souffler pour conserver une braise incandescente
  3. Introduire la bûchette dans le gaz
  4. Observer si elle se rallume

📌 Si la bûchette incandescente se rallume, le gaz contient du dioxygène, car le dioxygène entretient les flammes lors d’une combustion.

💡 Astuce mémo

Allumer → éteindre en gardant la braise → introduire → rallumage

📖 9. Compression et expansion de l’air

🔑 Notions clés & Définitions

• Manomètre : Appareil qui mesure la pression de l’air.

★ À maîtriser

📌 Lorsque l’on appuie sur le piston d’une seringue fermée, le volume de l’air diminue et sa pression augmente : l’air est compressible.

📌 Lorsque l’on tire sur le piston, le volume de l’air augmente et sa pression diminue : l’air est expansible.

Compléments

• À l’échelle microscopique, la compression rapproche les molécules et augmente les chocs contre les parois, ce qui augmente la pression.

💡 Astuce mémo

Compression → volume diminue et pression augmente ; expansion → volume augmente et pression diminue

📖 10. Masse de l’air

📝 Points essentiels

• Pour mesurer la masse de l’air, on pèse un ballon gonflé, on évacue 1 L d’air, puis on repèse le ballon et on calcule la différence de masse.

• Un ballon passant de 310 g à 308,7 g après évacuation de 1 L d’air montre que 1 L d’air a une masse de 1,3 g dans les conditions normales de température et de pression atmosphérique.

💡 Astuce mémo

Peser le ballon → évacuer 1 L → repeser → calculer la différence

📊 Tableaux de synthèse

Masses volumiques de quelques corps