Fiche de révision : Masse volumique et solubilité

📋 Plan du Cours

1. Masse, volume et masse volumique
2. Relation entre masse et volume
3. Mesurer et utiliser la masse volumique
4. Température, salinité et courants océaniques
5. Définition et calcul de la solubilité
6. Mesurer la solubilité à saturation
7. Facteurs de solubilité

📖 1. Masse, volume et masse volumique

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse : Grandeur qui représente la quantité de matière qui compose un corps et dont l’unité légale dans le système international est le kilogramme (kg).
• Volume : Grandeur qui indique l’espace occupé par un corps et dont l’unité légale est le mètre cube (m³).
• Masse volumique : Masse d’un matériau par unité de volume, dont l’unité légale est le kilogramme par mètre cube (kg/m³).

★ À maîtriser

• La masse volumique d’un corps dépend de sa température.

Compléments

• La masse volumique peut aussi s’exprimer en g/L.

💡 Astuce mémo

Même volume, masses différentes : la masse volumique les distingue.

📖 2. Relation entre masse et volume

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : Coefficient de proportionnalité qui permet de passer du volume à la masse pour un matériau donné.

★ À maîtriser

• Pour un matériau plein donné, la masse et le volume sont proportionnels.

📐 Formule - La masse d’un matériau est le produit de sa masse volumique par son volume : $m = \rho \times V$.

Compléments

• Pour un cylindre de 7,5 cm de rayon et de 24 cm de hauteur, le volume calculé avec $V = \pi r^2h$ est d’environ 4241,1 cm³.

📖 3. Mesurer et utiliser la masse volumique

★ À maîtriser

• 🔄 Pour déterminer la masse volumique d’un corps :
  1. Mesurer sa masse avec une balance.
  2. Mesurer son volume avec une éprouvette graduée.
  3. Convertir les mesures dans des unités cohérentes.
  4. Diviser la masse par le volume.

📐 Formule - La masse volumique se calcule en divisant la masse par le volume : $\rho = \frac{m}{V}$.

• La comparaison avec des masses volumiques connues permet d’identifier une espèce chimique ou de distinguer des espèces semblables à l’œil.

Compléments

• Une vis de masse 10 g dont le volume est 2 mL a une masse volumique de 5 g/mL et est identifiée comme étant en zinc par comparaison avec un tableau de masses volumiques.

• Le volume d’un objet immergé dans une éprouvette graduée se détermine par différence entre le volume avec l’objet et le volume initial d’eau.

📌 Les unités de masse volumique doivent correspondre aux unités de masse et de volume utilisées, par exemple une masse en grammes et un volume en litres donnent une masse volumique en g/L.

💡 Astuce mémo

Peser, mesurer le volume, puis diviser.

📖 4. Température, salinité et courants océaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Salinité : Quantité de sel dissous par unité de volume.

★ À maîtriser

• Le vent crée des courants océaniques de surface, auxquels s’ajoutent des courants froids de profondeur liés aux différences de température et de salinité.

Compléments

• Le réchauffement des océans par le rayonnement solaire est plus intense près de l’équateur et plus faible aux pôles.

• La salinité de l’eau profonde est plus grande aux pôles.

• La salinité de l’océan Atlantique en surface atteint par endroits 37,5 g/L.

• Le Gulf Stream est un exemple de courant chaud de surface et le courant du Labrador un exemple de courant froid de profondeur.

💡 Astuce mémo

Différences de température et de salinité → mouvements d’eau.

📖 5. Définition et calcul de la solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Solubilité : Masse maximale de soluté qui peut se dissoudre dans un volume donné de solvant.
• Saturation : État d’une solution dans laquelle il n’est plus possible de dissoudre davantage de substance.

★ À maîtriser

📐 Formule - La solubilité correspond au rapport entre la masse dissoute m et le volume V de solvant : $s = \frac{m}{V}$.

• Une solubilité exprimée en g/L indique la masse maximale, en grammes, que l’on peut dissoudre dans un litre de solvant.

Compléments

• À température ambiante, les solubilités indiquées sont de 360 g/L pour le sel, 50 g/L pour le bicarbonate de sodium et 100 g/L pour le sucre et le café.

📖 6. Mesurer la solubilité à saturation

★ À maîtriser

• Pour estimer expérimentalement la solubilité, on mesure le volume de solvant, on pèse le bécher contenant le solvant, on ajoute le soluté en agitant jusqu’à saturation, on repèse le bécher et on divise la masse de soluté dissoute par le volume de solvant.

Compléments

• Dans 25 mL d’eau, 8 g de sel dissous jusqu’à saturation correspondent à une solubilité de 320 g/L.

• Une masse de 13,05 g dissoute dans 150 mL d’eau correspond à une solubilité de 87 g/L.

• Pour 87 g de sulfate de cuivre dans 200 mL d’eau, la concentration calculée est de 435 g/L, supérieure à sa solubilité d’environ 370 g/L à 20 °C.

💡 Astuce mémo

Mesurer l’eau, ajouter le soluté, atteindre la saturation.

📖 7. Facteurs de solubilité

★ À maîtriser

📌 Pour un solvant donné, la solubilité dépend du soluté, et pour un soluté donné, elle dépend du solvant.

• La dissolution d’une substance solide dans un solvant nécessite de l’énergie, qui peut être apportée en chauffant le mélange.

📌 En général, une hausse de la température augmente la solubilité d’un soluté solide, mais diminue celle d’un soluté gazeux.

• La solubilité d’un soluté gazeux augmente lorsque la pression qu’il subit augmente.

Compléments

• Le sucre a une meilleure solubilité que le sel, et le polystyrène expansé se dissout dans l’acétone mais pas dans l’eau.

• Dans une boisson gazeuse, le dioxyde de carbone est utilisé parce qu’il se dissout facilement dans l’eau et qu’il est peu ou non toxique.

💡 Astuce mémo

Chauffer favorise généralement les solides dissous, mais défavorise les gaz.