Masse volumique

Définition

La masse volumique est la densité d'une espèce chimique, correspondant à sa masse par unité de volume. Elle est souvent notée ρ (lettre grecque rhô). Le volume d'une substance correspond au rapport de sa masse par sa densité, à condition de respecter la cohérence des unités.

Par exemple, la masse volumique de l'eau H2O est égale à 1 kg/litre. Selon l'unité choisie, la masse volumique de l'eau correspond à la masse d'eau dans un litre d'eau ou un mètre cube d'eau ou un centimètre cube d'eau, etc.

Le calcul d'une masse volumique :

La masse volumique désigne la masse (poids) d'un matériau ou d'un fluide par unité de volume. La formule de calcul de la masse volumique est : ρ = m / V, où "ρ" est la densité (masse volumique), "m" est la masse et "v" le volume. Cette formule permet d'accéder au calcul de l'indice de densité.

Explications

Le nom de l'espèce chimique ou sa formule empirique (lorsqu'il n'y a pas d'ambiguïté) sont généralement mentionnés entre parenthèses. Par exemple, la masse volumique de l'éthanol est notée ρ_(éthanol) ou ρ_(C2H6O).

La masse volumique d'une substance dépend des conditions dans lesquelles elle se trouve, elle varie avec la température et la pression, surtout pour les gaz, mais c'est aussi vrai pour les liquides et les solides :

• À pression constante, lorsque la température d'une substance augmente, elle se dilate; la substance occupe un volume plus important et par conséquent sa densité diminue.
• À température constante, si la pression augmente, une substance se comprime; elle occupe un volume plus petit et donc sa densité augmente.

Cette relation entre masse volumique, température et pression précise dans quelles conditions la valeur de la masse volumique est donnée, mais le plus souvent, lorsqu'aucune précision n'est apportée, cela implique que l'on se réfère aux conditions ambiantes (pression de 1 atmosphère et température de 25 °C pour laquelle la masse volumique de l'eau est de 1,00 kg/L).

⭐ Pour les liquides et les gaz, la masse volumique est souvent exprimée en grammes par litre (unité notée g/L ou g.L^-1). Pour les solides, les unités utilisées sont souvent le gramme par décimètre cube (g/dm³ ou g.dm^-3) ou le kilogramme par mètre cube (kg/m³ ou kg.m^-3).

Calcul de masse volumique

La masse volumique (ρ) d'une espèce chimique peut être calculée en divisant la masse (m) de cette espèce chimique par le volume (V) qu'elle occupe, qui peut s'exprimer par la formule : ρ = m / V. Ex. : 400 mL d'acétone a une masse de 316,4 g; donc, la masse volumique de l'acétone correspond au rapport de la masse de cet échantillon (m = 316,4 g) par son volume (V = 0,400 L) : ρ_(acétone) = 316,4 / 0,400, soit ρ_(acétone) = 791 g/L.

🚩 Il est important de vérifier les unités utilisées, si par exemple la masse est en kilogramme et le volume en centimètre cube alors la masse volumique est en kilogramme par centimètre cube.

Conversion de masses volumiques

La masse volumique est une grandeur composée (elle se définit comme le rapport de deux autres grandeurs) et elle ne peut pas être convertie directement comme c'est possible pour certaines unités comme le mètre, le gramme ou le litre pour lesquelles on peut utiliser un tableau de conversion.

La méthode internationale de conversion consiste à décomposer la masse volumique en un rapport de masse et de volume (même si aucune valeur n'est donnée et même si aucun échantillon particulier de matière n'est mentionné). Une fois la décomposition effectuée, on convertit la masse dans sa nouvelle unité (suivant la méthode habituelle de conversion de masse), puis on convertit le volume. Ainsi, il ne reste plus qu'à recalculer la masse volumique avec les nouvelles valeurs de masse et de volume, dont le résultat correspond à l'expression de la masse volumique dans sa nouvelle unité.

⭐ Exemple : Conversion de la masse volumique d'une huile d'olive (ρ_(huile) = 915 g/L) en kilogrammes par décilitre.
On peut considérer ρ_(pétrole) qui est le rapport d'une masse m = 915 g par un volume V = 1 L.
Conversion de masse : 915 g = 0.915 kg.
Conversion de volume : 1 L = 10 dL.
Calcul de la masse volumique dans sa nouvelle unité : ρ (pétrole) = 0,915 : 10.
ρ_(pétrole) = 0,0915 kg/dL.

Unités équivalentes

Certaines unités sont équivalentes ce qui signifie que la densité a les mêmes valeurs lorsque ces unités sont utilisées. En particulier :

• Kilogramme par litre (Kg/L), gramme par millilitre (g/mL), kilogramme par décimètre cube (kg/dm³) et gramme par centimètre cube (g/cm³) sont équivalents : 1 kg/L = 1 g/L = 1 kg/dm³ = 1 g/cm³.
• Grammes par litre (g/L), milligramme par millilitre (mg/mL), gramme par décimètre cube (kg/dm³) et milligramme par centimètre cube (g/cm³) sont équivalents : 1 g/L = 1 mg/mL = 1 g/dm³ = 1 mg/cm³.

Explications : la densité correspond au rapport de la masse par unité de volume donc si la masse et le volume sont multipliés ou divisés par le même nombre alors le rapport ne change pas. Exemple : 1 kg / L = 1 kg / 1 L = 1 000 g / 1 000 mL = 1 g / 1 mL = 1 g / mL

Trouver la masse avec la masse volumique

Si on modifie la formule permettant de calculer la masse volumique il est possible d'exprimer la masse à l'aide d'autres grandeurs :

• ρ = m / V
• ρ x V = m
• m = ρ x V

Par conséquent, la masse d'une substance est définie comme le produit de son volume par sa densité à condition de respecter la cohérence des unités.
Exemple : un cylindre de 8 dm³ est en cuivre de masse volumique ρ = 8,96 g/cm³. D'après la relation précédente m = ρ x V. ρ est connu mais pour vérifier la relation il faut convertir le volume en cm³ : V = 8 dm³ = 8 000 cm³. En remplaçant dans la formule précédente on obtient : m = 8,96 × 8 000 m = 71 680, soit m = 71,7 kg. Par conséquent, notre cylindre de cuivre a une masse de 71,7 kg.

Trouver un volume avec une masse volumique

Si on modifie la formule qui permet de calculer la masse volumique, il est possible d'exprimer le volume à l'aide des autres grandeurs :

• ρ = m / V
• ρ x V = m
• V = m / ρ

Le volume d'une substance correspond à le rapport de sa masse par sa densité, à condition, de respecter la cohérence des unités.

Exemple : un bidon contient 200 g d'éthanol de densité ρ = 789 g / L. Utilisation de V = m / ρ. Dans cette formule chaque taille peut être remplacée par sa valeur : V = 200/789 = 0,253 L.

En rapport avec "masse volumique"

• densité

  

  En physique et en chimie, la densité est une quantité scalaire rapportée à la quantité de masse dans un volume donné d'une substance.

• densité apparente

  

  Une densité apparente est l'une des densités de masse par unité de volume de sol, de substrat ou de particule ayant été séché à 105 °C jusqu'à l'obtention d'un...

• masse molaire

  

  La masse de 1 mole d'atome s'appelle la masse molaire. La masse molaire d'une substance est égale à la masse atomique d'une substance exprimée en grammes.

• masse moléculaire

  

  La masse moléculaire est la masse d'une molécule, complémentaire de la masse atomique.