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mesures: Pour déterminer le volume V du pycnomètre, on pèse ce dernier le plus b) Mesure de la densité de solutions d'eau et d'éthanol: – Recommencer la survient une contraction de volume et dont le volume V est moins important que

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Mécanique

Procédés de mesure

Volumétrie et densimétrie

LEYBOLD

Fiches d'expériences

de physique

Mesure de la densité

des liquides avec le pycnomètre de Gay-Lussac

Objectifs expérimentaux

Détermination du volume du pycnomètre.

Détermination de la densité de solutions d'eau et d'éthanol en fonction de la concentration en volume de l'éthanol.

Notions de base

La densité d'un liquide est donnée par le rapport r = m V (I) m: masse, V: volume Elle peut être déterminée très exactement avec le pycnomètre de Gay-Lussac, un petit flacon en verre de forme conique avec bouchon capillaire rodé à l'émeri. Pour ce faire, on réalise deux mesures: Pour déterminer le volume V du pycnomètre, on pèse ce dernier le plus précisément possible, une fois vide, une fois

plein d'eau de température q connue. La densité de l'eausubordonnée à la température étant donnée avec une grande

exactitude par les tableaux, il est ainsi possible de réaliser un calcul précis du volume du pycnomètre à l'aide de l'équation (I). Pour la détermination de la masse m du liquide étudié, on pèse une nouvelle fois le pycnomètre après l'avoir soigneuse- ment rempli de ce liquide. Dans l'expérience, on mesure le mélange de deux liquides de différentes densités r 1 et r 2 . Voici les réflexions faites pour la densité r du mélange (mieux: de la solution):

D'après les volumes partiels V

1 et V 2 , on calcule pour les masses partielles m 1 = r 1

× V

1 et m 2 = r 2

× V

2 (II). La masse totale de la solution est sûrement égale à la somme des masses partielles, d'où m = r 1

× V

1 + r 2

× V

2 (III) Pour une solution idéale, les volumes partiels s'additionnent pour former le volume total V = V 1 + V 2 (IV).

Il s'ensuit

r = r 1

× V

1 V 1 + V 2 + r 2

× (1 - V

1 V 1 + V 2 )(V), c.-à-d. que la densité de la solution idéale dépend linéairement de la concentration en volume c = V 1 V 1 + V 2 (VI).

P1.1.2.3

0309-Wit

Fig. 1 Pycnomètre selon Gay-Lussac

aRodage en verre bBouchon avec perçage 1

Montage et réalisation

N.B.: Des erreurs de mesure peuvent survenir suite à la forma- tion de bulles d'air dans le pycnomètre et aux changements de température. a) Détermination du volume V du pycnomètre: -Utiliser la balance pour déterminer la masse m 0 du pycno- mètre vide, sec. -Remplir le pycnomètre avec de l'eau jusqu'au tiers inférieur du rodage en verre, laisser s'échapper les bulles d'air, prudemment mettre le bouchon et soigneusement essuyer l'eau qui s'échappe par le perçage. Le perçage doit ensuite être rempli jusqu'en haut. -Déterminer la masse m 1 du pycnomètre rempli d'eau. -Utiliser le thermomètre pour déterminer la température q

de l'eau, pour la densité de l'eau, se référer au tab. 1.b) Mesure de la densité de solutions d'eau et d'éthanol:

-Recommencer la mesure avec l'éthanol pur et ensuite avec des solutions d'eau et d'éthanol. -Pour ce faire, chaque fois bien nettoyer le pycnomètre, le remplir jusqu'au tiers inférieur du rodage en verre avec le liquide étudié, laisser s'échapper les bulles d'air et une fois le bouchon en place, veiller à ce que le perçage soit rempli jusqu'en haut. -Déterminer la masse m 2 du pycnomètre rempli et la noter avec la concentration en volume c de l'éthanol. Pour préparer une solution d'eau et d'éthanol avec une concentration en volume c souhaitée de l'éthanol, il est judi- cieux de procéder comme suit: -Remplir d'éthanol le bécher gradué 1 jusqu'au volume V 1 = c × 100 ml. -Remplir d'eau le bécher gradué 2 jusqu'au volume V 2 = (1 - c) × 100 ml. -Prudemment mélanger les deux liquides dans un bécher gradué.

Exemple de mesure et exploitation

a) Détermination du volume de remplissage V: pycnomètre vide:m 0 = 31,81 g rempli d'eau:m 1 = 82,07 g température de l'eau:q = 22 8C, r eau = 0,99777 g cm -3 V = m 1 - m 0 r eau = 50,37 cm 3 b) Mesure de la densité de solutions d'eau et d'éthanol: Tab. 1: Valeurs littéraires pour la densité r de l'eau pure en fonction de la température q: qr g × cm - 3 qr g × cm - 3

15 8C 0,999099 23 8C 0,997540

16 8C 0,998943 24 8C 0,997299

17 8C 0,998775 25 8C 0,997047

18 8C 0,998596 26 8C 0,996785

19 8C 0,998406 27 8C 0,996515

20 8C 0,998205 28 8C 0,996235

21 8C 0,997994 29 8C 0,995946

22 8C 0,997772 30 8C 0,995649

Tab. 2: Résultats de la mesure de la densité r = m 2 - m 0 V en fonction de la concentration en volume c de l'éthanol cm 2 g m 2 - m 0 g r g × cm - 3

1,0 71,48 39,67 0,7876

0,9 73,26 41,45 0,8229

0,8 74,65 42,84 0,8505

0,7 76,01 44,20 0,8775

0,6 77,14 45,33 0,8999

0,5 78,24 46,43 0,9218

0,4 79,20 47,39 0,9408

0,3 80,01 48,20 0,9569

0,2 80,70 48,89 0,9706

0,1 81,33 49,52 0,9831

0 82,07 50,26 0,9978

Matériel

1 pycnomètre, 50 ml . . . . . . . . . . . . 666 145

1 balance d'enseignement

et de laboratoire 311 . . . . . . . . . . . 315 05

1 thermomètre agitateur, gradué,

-30 à +110 . . . . . . . . . . . . . . . . 382 21

2 éprouvettes graduées, 100 ml: 1 . . . . . 665 754

1 éthanol, dénaturé, 1 l . . . . . . . . . . . 671 972

P1.1.2.3LEYBOLD Fiches d'expériences de physique 2 Dans la fig. 2, les résultats de mesure sont représentés par desquotesdbs_dbs16.pdfusesText_22

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