Masse volumique et densité d’un liquide - PHYSIQUEPOVO

1 Masse volumique et densit d un liquide : La Masse volumique mv d un liquide est obtenue en divisant la Masse m de ce liquide par le volume V correspondant : mv = avec m en g, V en L et mv en 1. 1mL=10 3L mv(eau) = 1000 1 On d finit la densit d d un liquide comme le rapport entre la Masse de 1,0L de ce liquide et la Masse de 1,0L d eau : d( liquide ) = Masse de 1,0L de liquide Masse de 1,0L d eau La densit est une grandeur sans unit . d(eau) = 1,0 Exemple : la Masse de 20mL de cyclohexane est de 15,6g donc mv(cyclohexane) = 15,6 3 = 1 d(cyclohexane) = Masse de 1,0L de cyclohexane Masse de 1,0L d eau = 780/1000 = 0,78 La Masse de 50mL de cyclohexane est : m = mv x V = 780 x 3 = 39g Lorsqu on m lange deux liquides diff rents et que l on obtient apr s agitation un seul liquide homog ne, on dit que ces deux liquides sont miscibles.

2 (Exemple : eau+alcool) Si les deux liquides ne sont pas miscibles, le moins dense se positionne au dessus de l autre qui est plus dense, et ils constituent deux phases bien distinctes. (Exemple : eau+cyclohexane cyclohexane au dessus de l eau) Solubilit d une esp ce chimique dans un solvant : Lorsqu on introduit un produit chimique (chlorure de sodium, sulfate de cuivre, diiode,..) dans un liquide (eau, alcool, cycloh xane,..) et que l on agite le m lange h t rog ne obtenu, on obtient parfois un liquide homog ne (propri t s identiques en tout point) tandis que le produit chimique dispara t la vue. On dit que le produit chimique, appel solut , s est dissout dans le liquide , appel solvant. On appelle solubilit d une esp ce chimique dans un solvant donn la Masse maximale de cette esp ce chimique que l on peut dissoudre par litre de ce solvant. Exemples : On peut dissoudre au maximum m=10g de sulfate de cuivre dans V=50mL d eau, soit V= 3L d eau. La solubilit du sulfate de cuivre dans le solvant eau est donc s = m(solut )/V(solution) = 10 3 = 1 Mais le sulfate de cuivre est pratiquement insoluble dans le cycloh xane.

3 La solubilit du solut diiode dans le solvant eau est : 0, 1 20 C mais augmente 0, 1 40 C La solubilit du solut diiode dans le solvant cyclohexane est : 1 20 C soit 80 fois plus que dans l eau ! La solubilit d un solut dans un solvant augmente en g n ral avec la temp rature on utilise de l eau chaude pour extraire en plus grande quantit les aromes pr sents dans le th ou le caf , et qui sont solubles dans l eau. Principe d une extraction liquide - liquide : Objectif atteindre : s parer les deux solut s (diiode et sulfate de cuivre) pr sents dans une m me solution aqueuse. M thode : il faut trouver un autre solvant qui pr sente les 2 propri t s suivantes : * il ne doit pas tre miscible l eau (donc l alcool ne convient pas) * un des solut s doit tre beaucoup plus soluble dans ce solvant que dans l eau, et inversement pour l autre solut . Le cyclohexane convient car il n est pas miscible l eau, le diiode est 80 fois plus soluble dans le cyclohexane que dans l eau et, inversement, le sulfate de cuivre est tr s soluble dans l eau mais pratiquement insoluble dans le cyclohexane.

4 On introduit 20mL de m lange dans une ampoule d canter et on rajoute 20mL de cyclohexane. On agite pour acc l rer le transfert des solut s dans le solvant o ils sont le plus solubles. On laisse reposer pour que les deux phases se s parent, puis on r cup re chaque phase dans un b cher diff rent. m V ampoule d canter m lange = solution aqueuse contenant 2 solut s : * le diiode * le sulfate de cuivre b cher cycloh xane erlenmeyer solution aqueuse contenant le sulfate de cuivre cyclohexane contenant le diiode le cyclohexane n est pas miscible l eau et il est moins dense que l eau s = m(solut )/V(solution) Chromatographie : quoi a sert ? La chromatographie permet de s parer et d identifier les constituants d un m lange. principe : Cette technique est bas e sur la diff rence des vitesses de d placement de ces constituants lorsqu ils sont entra n s par une phase mobile (l luant) mais retenus par la phase stationnaire (plaque chromatographie).

5 La plaque chromatographie peut tre du papier absorbant. L luant est un solvant qui migre par capillarit le long de la phase stationnaire (plaque chromatographie) et qui entra ne les diff rents constituants du m lange. Mais ceux-ci sont plus ou moins retenus par la phase stationnaire avec laquelle ils forment des liaisons de type lectrique plus ou moins fortes. Plus cette attirance est forte, plus le constituant progresse lentement. comment fait-on ? Tracer au crayon papier un trait l ger environ 1cm du bord inf rieur de la plaque et y d poser intervalles r guliers et pas trop pr s des bords ( l aide d un pic ap ritif ou d une micro pipette) des petites gouttes du m lange M et de ses constituants suppos s 1,2,3,4,.. et laisser s cher les taches obtenues. Pr parer l luant (sa nature d pend des substances que l on souhaite identifier) et en mettre au fond de la cuve chromatographie (hauteur inf rieure 1cm). Introduire la plaque chromato dans la cuve en v rifiant que la ligne de d p t ne trempe pas dans l luant.

6 Mettre le couvercle sur la cuve. Il faut retirer la plaque chromatographie de l luant avant que le front de l luant n atteigne la partie sup rieure de la plaque. On rep re alors avec un crayon la ligne de front de l luant. On chauffe la plaque avec un s che-cheveux afin d vaporer l luant. Remarque : Les constituants sont rarement color s et il s av re n cessaire de les r v ler c est dire de les rendre visibles en les observant avec une lampe mettant des ultra-violets ( ) ou en vaporisant la plaque avec un r actif appropri . On d finit pour chaque constituant le rapport frontal Rf = y/yE c est une grandeur sans unit y = distance parcourue par l esp ce chimique tudi e, mesur e en cm yE = distance parcourue par le front de l luant, mesur e en cm Le rapport frontal ne varie pas pour une esp ce chimique donn e, que celle-ci soit seule ou fasse partie d un m lange. Exploitation d un chromatogramme : Le chromatogramme ci-dessus nous apprend que M est un m lange constitu par 3 esp ces chimiques visibles (ou r v l es) : on a donc ainsi s par les constituants de ce m lange M.

7 On a pu identifier deux esp ces parmi les trois pr sentes dans le m lange M : ce sont les esp ces 2 et 4 car elles ont le m me rapport frontal que ces esp ces test es. Le m lange M contient aussi une autre esp ce non identifi e (tache sup rieure), mais ne contient pas les esp ces 1 et 3. L esp ce 2 est plus attir e par la phase stationnaire que l esp ce 4 puisqu elle a progress moins vite. L esp ce 5 est incolore et n a pas t r v l e ici. Calcul du rapport frontal pour le constituant n 4 : Rf = y/yE = 2,1/5,3 = 0,40 Distance parcourue par le constituant = 2,1cm Distance parcourue par le front de l luant = 5,3cm cuve chromatographie avec son couvercle ligne de d pot luant plaque chromatographie chromatogramme crochet 35 17 35 17 37 17 35,5 17 R sum du cours de chimie : les atomes Constitution d un atome : Toute la mati re qui nous entoure est constitu e partir de briques l mentaires appel es atomes . Ainsi les principaux atomes pr sents dans les organismes vivants ont t nomm s : carbone, hydrog ne, oxyg ne.

8 Exp rience de Rutherford (1911) : Une roche radioactive met des particules (noyaux d h lium constitu s par 2 protons et 2 neutrons, donc charg s positivement) en direction d une feuille d or tr s fine (0,1 m d paisseur). Il constate que la plupart des particules traversent la feuille d or sans tre d vi es : donc la mati re est constitu e essentiellement de vide. Seules quelques tr s rares particules (1 sur 100000 environ) sont d vi es : donc elles passent proximit , ou rebondissent, sur un condens de mati re de dimensions tr s petites, et charg positivement (car deux charges positives se repoussent). Cette exp rience a d truit le mod le de l atome propos par Thomson ( pudding aux lectrons ) car elle a montr qu un atome est constitu essentiellement de vide, avec au centre un petit concentr de mati re charg positivement et appel noyau . Autour du noyau, des lectrons se d placent d un mouvement incessant et d sordonn , dans un espace vide appel nuage lectronique.

9 Les limites de l atome correspondent un espace sph rique dans lequel on a 95% de chances de trouver les lectrons. Ordre de grandeur de la taille du noyau : 10 15m de l atome : 10 10m soit fois plus grand. Constitution d un atome : Le noyau est constitu de particules appel es nucl ons, que l on peut s parer en deux cat gories : les protons (de symbole p) et les neutrons (de symbole n). Z appel num ro atomique = nombre de protons dans le noyau A appel nombre de Masse = nombre total de nucl ons dans le noyau Donc le nombre N de neutrons se calcule par la relation N=A Z Les protons et les neutrons ont pratiquement la m me Masse : m(p) = m(n) = 1, 27kg Les protons ont une charge lectrique c est la plus petite charge positive qui puisse exister. On l appelle charge l mentaire et on la note e = +1, 19C L unit de charge lectrique est le Coulomb. Les neutrons n ont pas de charge lectrique : Ils sont lectriquement neutres . Les lectrons (symbole e ) ont une Masse n gligeable devant la Masse des nucl ons (2000 fois plus faible).

10 Ils portent une charge lectrique de m me valeur que celle du proton mais n gative : e = 1, 19C La Masse d un atome est donc gale la Masse de son noyau = nombre de nucl ons x Masse d un nucl on. Un atome est globalement neutre donc il y a autant d lectrons autour du noyau que de protons dans le noyau. Le symbole d un atome de num ro atomique Z et de nombre de Masse A est X o X correspond la 1 re lettre en majuscule du nom donn cet atome (pas toujours en fran ais !), ventuellement suivi de la 2 me lettre en minuscule. Exemple : Cl est le symbole d un atome de chlore dont la constitution est : * noyau constitu par 35 nucl ons dont 17 protons et 35 17=18 neutrons. * l atome est globalement neutre donc il y a 17 lectrons qui tournent autour du noyau. Masse de l atome = Masse du noyau (car les lectrons ont une Masse n gligeable) = 35x1, 27 = 5, 26kg Combien y a-t-il d atomes de chlore dans un chantillon de chlore de Masse m = 7,0g soit 7, 3kg ?