Composition massique et volumique d'un mélange

Ce qu'il faut comprendre

Quand tu prépares une boisson sucrée, tu mélanges de l'eau et du sucre. Mais comment décrire précisément ce mélange ? En chimie, on a besoin de connaître la composition d'un mélange : quelles espèces chimiques sont présentes et en quelles proportions. Deux grandeurs sont essentielles : la composition massique (basée sur les masses) et la composition volumique (basée sur les volumes). Elles permettent de quantifier la quantité de chaque constituant dans un mélange, que ce soit un solide dissous dans un liquide (solution) ou un mélange de liquides.

Les notions essentielles

Corps pur, mélange, espèce chimique

Corps pur : substance constituée d'une seule espèce chimique (ex : eau distillée, sucre en poudre).
Mélange : substance constituée de plusieurs espèces chimiques (ex : eau salée, air).
Espèce chimique : ensemble d'entités identiques (atomes, molécules, ions).

Masse volumique

La masse volumique ρ (rhô) d'un corps pur ou d'un mélange est le rapport de sa masse m sur son volume V :

ρ = m / V

Elle s'exprime en g/mL, g/L, kg/m³, etc.
Pour l'eau : ρ = 1,00 g/mL = 1,00 kg/L.
La masse volumique dépend de la température.

Composition massique

Elle indique la proportion de chaque constituant dans un mélange, en masse. On utilise souvent la fraction massique ou le pourcentage massique :

Fraction massique = masse du constituant / masse totale du mélange Pourcentage massique = fraction massique × 100%

Exemple : une solution d'eau salée de 100 g contient 5 g de sel et 95 g d'eau. Le pourcentage massique de sel est (5/100)×100% = 5%.

Composition volumique

Elle indique la proportion de chaque constituant en volume. On utilise la fraction volumique ou le pourcentage volumique :

Fraction volumique = volume du constituant / volume total du mélange Pourcentage volumique = fraction volumique × 100%

Exemple : un mélange de 20 mL d'alcool et 80 mL d'eau a un volume total de 100 mL. Le pourcentage volumique d'alcool est (20/100)×100% = 20%.

Solution, concentration, dilution

Solution : mélange homogène d'un soluté (espèce dissoute) dans un solvant (espèce majoritaire).
Concentration massique (Cm) : masse de soluté par volume de solution. Cm = m(soluté) / V(solution). Unité : g/L.
Dilution : ajouter du solvant à une solution pour diminuer sa concentration. La quantité de soluté ne change pas : mère = fille → Cmère × Vmère = Cfille × Vfille.

Méthode

Calculer une composition massique

Identifier la masse de chaque constituant.
Calculer la masse totale du mélange.
Pour chaque constituant : fraction massique = masse constituant / masse totale.
Multiplier par 100 pour obtenir le pourcentage massique.

Calculer une composition volumique

Mesurer ou connaître le volume de chaque constituant.
Calculer le volume total du mélange (attention : les volumes ne s'additionnent pas toujours parfaitement, mais on suppose l'additivité en Seconde).
Pour chaque constituant : fraction volumique = volume constituant / volume total.
Multiplier par 100 pour le pourcentage volumique.

Utiliser la masse volumique

Pour relier masse et volume : m = ρ × V ou V = m / ρ.
Attention aux unités : si ρ en g/mL, m en g, V en mL.

Préparer une solution par dilution

Calculer le volume de solution mère à prélever : Vmère = (Cfille × Vfille) / Cmère.
Prélever ce volume avec une pipette jaugée.
Verser dans une fiole jaugée de volume Vfille.
Compléter avec du solvant jusqu'au trait de jauge.
Agiter pour homogénéiser.

Exemple corrigé

Énoncé : On dissout 10 g de sucre dans 200 mL d'eau. La masse volumique de l'eau est 1,0 g/mL. Calcule le pourcentage massique de sucre dans la solution.

Correction :

Masse d'eau : m(eau) = ρ × V = 1,0 × 200 = 200 g.
Masse totale : m(totale) = m(sucre) + m(eau) = 10 + 200 = 210 g.
Fraction massique de sucre : 10 / 210 ≈ 0,0476.
Pourcentage massique : 0,0476 × 100% = 4,76%.

Réponse : Le pourcentage massique de sucre est d'environ 4,8%.

Erreurs fréquentes

Confondre masse et volume : la composition massique utilise les masses, la composition volumique utilise les volumes. Ne pas mélanger.
Oublier d'ajouter les masses : la masse totale est la somme des masses de tous les constituants.
Volumes non additifs : parfois, le volume total n'est pas exactement la somme des volumes (ex : eau + alcool). En Seconde, on suppose l'additivité sauf indication contraire.
Inverser les formules : pour la dilution, retiens que la quantité de soluté ne change pas : Cmère × Vmère = Cfille × Vfille.
Unités : toujours vérifier que les unités sont cohérentes (g avec g, mL avec mL).

À retenir

Composition massique : fraction massique = masse constituant / masse totale.
Composition volumique : fraction volumique = volume constituant / volume total.
Masse volumique : ρ = m / V.
Concentration massique : Cm = m(soluté) / V(solution).
Dilution : Cmère × Vmère = Cfille × Vfille.
Un corps pur contient une seule espèce chimique ; un mélange en contient plusieurs.

Pour s'entraîner

Maintenant que tu as compris le cours, entraîne-toi avec les exercices et quiz disponibles sur AlloSeconde. Tu y trouveras des problèmes sur les compositions massique et volumique, les dilutions, et bien plus. Bon courage !