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Fractions massique & volumique
La physique et la chimie sont des sciences expérimentales et dépendent fondamentalement des mesures. C’est pour cette raison-là que nous avons inventé de manières très diverses de mesures les quantités des choses. Nous verrons une des méthodes les plus importantes de mesure la quantité de matière bientôt, mais d’abord nous allons parler de grandeurs courantes, qui nous aide à déterminer la portion d’une matière qui est constituée d’une substance.
Définition : Fraction massique
La fraction massique f_m est une grandeur qui représente la composition d’un mélange (ou d’un alliage) exprimée en fonction de la proportion des masses de chaque composant du mélange et la masse totale.
La fraction massique est donnée par la relation suivante :
f_m = \dfrac{m_{espèce}}{m_{totale}} \hspace{15pt} \text{où } \begin{cases} f \longrightarrow\text{fraction massique \quad (sans unité)} \\ m_{espèce} \longrightarrow\text{masse du composant de l'échantillon} \quad (\text{$g$ ou $Kg$})\\ m_{totale} \longrightarrow\text{masse totale de l'échantillon} \quad (\text{$g$ ou $Kg$}) \end{cases}
Il est donc entendu que la fraction massique f_m est sans unité et inférieur ou égal à 1 (i.e. f_m \leq 1). Il est possible d’obtenir, en multipliant f_m par 100, une nouvelle grandeur le pourcentage massique noté m\% ou \% mas.
Exemple: La fonte et l’acier sont des alliages du fer et du
carbone. Ce qui différencie l’un de l’autre est la fraction massique de carbone. Si le pourcentage massique en carbone est :
- 0,02\% \leq m\% \leq 2\% \longrightarrow acier
- 2\% \leq m\% \leq 6,7\% \longrightarrow fonte.
Cette différence de teneur en carbone, d’ailleurs, confère aux deux alliages des propriétés très différentes, avec la fonte, par exemple étant plus cassante et moins malléable que l’acier.
\triangleright Calculer la masse de chlorure de sodium et de l’eau nécessaires pour l’obtention de 250\; g solution de chlorure de sodium avec le pourcentage massique 10\%.
Définition : Fraction volumique
La fraction volumique f_V est une grandeur qui représente la composition d’un mélange gazeux exprimée comme la proportion du volume de chaque gaz composant le mélange et le volume total du mélange.
La fraction volumique est donnée par la relation suivante :
f_V = \dfrac{V_{espèce}}{V_{totale}} \hspace{15pt} \text{où } \begin{cases} f_V \longrightarrow\text{fraction volumique \quad (sans unité)} \\ V_{espèce} \longrightarrow\text{Volume du composant de l'échantillon} \quad (\text{$L$ ou $m^3$})\\ V_{totale} \longrightarrow\text{Volume totale de l'échantillon} \quad (\text{$L$ ou $m^3$}) \end{cases}
Comme avec la fraction massique il est entendu que la fraction volumique f_V est sans unité et inférieur ou égal à 1 (i.e. f_V \leq 1 ); et qu’en multipliant f_V par 100, une nouvelle grandeur le pourcentage volumique noté V\% ou \% vol.
\triangleright Les gaz principaux dans l’atmosphère sont le diazote et le dioxygène , avec des pourcentages volumiques respectifs de 78\% et de 21\%. Déterminer le volume de chaque gaz dans un échantillon de 55 \; L d’air.