Sciences · Chimie
Mesurer une masse et un volume
Une masse se mesure avec une balance, en grammes ou kilogrammes, après avoir fait la tare. Un volume de liquide se mesure avec une éprouvette graduée, en lisant le bas du ménisque, l’œil à sa hauteur.
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Mesurer une masse et un volume sont les deux gestes de base du laboratoire de physique-chimie, appris dès la 5e en France. Ils servent à préparer des solutions, à calculer une masse volumique, à vérifier la conservation de la masse lors d’une transformation. Bien faits, ils reposent sur deux réflexes : faire la tare sur la balance et lire le bas du ménisque sur l’éprouvette.
Masse et volume : deux grandeurs différentes
| Grandeur | Ce qu’elle mesure | Unité SI | Unités courantes | Instrument |
|---|---|---|---|---|
| Masse m | Quantité de matière | kilogramme (kg) | g, mg, t | Balance |
| Volume V | Place occupée dans l’espace | mètre cube (m³) | L, mL, cm³, dm³ | Éprouvette graduée, fiole jaugée, pipette |
Un litre d’eau a une masse d’environ 1 kg, mais un litre d’huile pèse environ 0,92 kg et un litre d’air environ 1,2 g. Masse et volume ne sont donc pas proportionnels d’une substance à l’autre. Ne pas confondre non plus masse et poids : voir masse et poids.
Les conversions à connaître
| Masse | Volume |
|---|---|
| 1 kg = 1 000 g | 1 m³ = 1 000 L = 1 000 dm³ |
| 1 g = 1 000 mg | 1 L = 1 dm³ = 1 000 mL |
| 1 t = 1 000 kg | 1 mL = 1 cm³ |
Le passage entre litres et unités de volume se fait par 1 L = 1 dm³ et 1 mL = 1 cm³. Voir conversion des unités d’aire et de volume.
Mesurer une masse avec une balance électronique
- Poser la balance sur un support horizontal et stable, à l’abri des courants d’air.
- L’allumer et attendre l’affichage de zéro.
- Poser le récipient vide (bécher, coupelle, verre de montre).
- Appuyer sur « Tare » (ou « T », « Zéro ») : l’affichage revient à 0, la masse du récipient est retirée.
- Ajouter le produit avec une spatule jusqu’à la masse voulue.
- Lire la valeur une fois l’affichage stabilisé.
La portée est la masse maximale mesurable ; la résolution (ou précision d’affichage) est la plus petite variation affichée, par exemple 0,1 g ou 0,01 g.
Mesurer un volume de liquide avec une éprouvette
- Choisir une éprouvette de capacité adaptée : pour mesurer 18 mL, une éprouvette de 25 mL est plus précise qu’une de 250 mL.
- La poser sur une surface horizontale.
- Verser le liquide, en terminant au compte-gouttes.
- Placer l’œil à la hauteur de la surface du liquide, pour éviter l’erreur de parallaxe.
- Lire la graduation au niveau du bas du ménisque.
Bien repérer la valeur d’une graduation : sur une éprouvette de 100 mL, une graduation vaut souvent 1 mL ; sur une éprouvette de 10 mL, 0,1 ou 0,2 mL.
Pour des volumes très précis (préparation de solutions, titrages), on utilise une pipette jaugée ou une fiole jaugée (voir matériel de laboratoire).
Mesurer le volume d’un solide
- Solide de forme simple : on mesure ses dimensions et on calcule son volume (cube, pavé, cylindre).
- Solide de forme quelconque, qui ne flotte pas et ne se dissout pas : on utilise la méthode du déplacement d’eau.
- Verser de l’eau dans une éprouvette et lire le volume V₁.
- Incliner l’éprouvette et faire glisser doucement l’objet au fond, sans éclaboussure.
- Lire le nouveau volume V₂.
- Le volume de l’objet vaut
V = V₂ − V₁.
C’est le principe qu’aurait utilisé Archimède, selon la tradition, pour vérifier la couronne du roi Hiéron. Voir poussée d’Archimède.
Sécurité
Erreurs fréquentes
- Oublier la tare : on mesure alors la masse du récipient en plus.
- Lire le haut du ménisque ou lire l’éprouvette en la tenant à la main, inclinée.
- Utiliser un bécher pour mesurer un volume précis : ses graduations ne sont qu’indicatives.
- Confondre mL et cm³ : ils sont égaux, ce n’est pas une erreur ; l’erreur est de croire qu’ils diffèrent.
- Lâcher l’objet dans l’éprouvette : l’eau éclabousse et l’éprouvette peut se casser.
Exercice corrigé
Énoncé. 1) Convertir : 0,25 L en mL ; 750 mg en g ; 2,4 dm³ en L. 2) Un bécher vide pèse 52,3 g ; rempli d’huile, il pèse 98,3 g. Quelle est la masse d’huile ? 3) Ce volume d’huile mesure 50,0 mL : calculer la masse volumique de l’huile.
Corrigé.
- 0,25 L = 250 mL ; 750 mg = 0,750 g ; 2,4 dm³ = 2,4 L.
m = 98,3 − 52,3 = 46,0 g.ρ = 46,0 / 50,0 = 0,920 g/mL, soit 920 g/L.
Questions fréquentes
Pourquoi l’éprouvette est-elle plus précise que le bécher ?
Elle est haute et étroite : une petite variation de volume produit une grande variation de hauteur, plus facile à lire. Le bécher, large, n’est conçu que pour contenir et mélanger.
Comment mesurer le volume d’un objet qui flotte ?
On l’enfonce entièrement avec une tige très fine, dont le volume est négligeable, ou on le leste avec un objet de volume connu que l’on retranche ensuite.
Un litre d’eau pèse-t-il toujours exactement 1 kg ?
Presque : à 4 °C, la masse volumique de l’eau pure vaut environ 1,000 kg/L ; à 20 °C, environ 0,998 kg/L. L’eau salée est plus dense, environ 1,03 kg/L pour l’eau de mer.