Mesure de la masse volumique : l’essentiel à savoir | METTLER TOLEDO

Qu’est-ce que la masse volumique ?

Mesure de la masse volumique : l’essentiel à savoir

Density Measurement - Mobile

What is Density? - How to measure Density? – What are the main applications of Density?

What is Density? - How to measure Density? – What are the main applications of Density?
In this video, you will become an expert on how to measure density of liquids and the best methods to measure it.
Difference in Density - Mobile


 

Balance avec kit pour mesurer la masse volumique

Hydromètre

Hydromètre
Hydromètre

Un hydromètre est un instrument économique utilisé pour déterminer la masse volumique des liquides. Fabriqué en verre soufflé, il est composé d’un fond bombé lesté de grenaille de plomb ou d’acier et d’une longue tige étroite graduée. L’hydromètre est immergé dans l’échantillon jusqu’à ce qu’il flotte. Pour connaître la masse volumique de l’échantillon, il suffit de regarder l’échelle : le niveau du liquide de l’échantillon s’aligne sur un repère gradué de l’hydromètre. La plupart des hydromètres mesurent la densité d’échantillons : en termes simples, un hydromètre indique à l’utilisateur si un liquide est plus dense ou moins dense que l’eau. Il flotte à un niveau supérieur dans un liquide présentant une densité plus élevée, à l’instar de l’eau contenant du sucre dissous, par rapport aux liquides de densité inférieure que sont par exemple l’eau et l’alcool.

Deux options s’offrent à l’utilisateur d’un hydromètre :

  1. Utiliser l’hydromètre à sa température d’étalonnage (16 °C ou 20 °C en général). En fonction du volume de l’échantillon, il faut un certain temps avant que l’échantillon n’atteigne cette température.
  2. Consigner simplement la valeur de mesure à la température ambiante. Dans ce cas, il convient de consigner les valeurs de mesure comme celles de la température. Un facteur de correction peut être appliqué par la suite si nécessaire afin d’obtenir une valeur de mesure corrigée de la température.

Pycnomètre

Pycnomètre
Pycnomètre

Généralement fabriqué en verre, un pycnomètre est une fiole d’un volume prédéfini permettant de mesurer la masse volumique d’un liquide. Il permet aussi de déterminer la masse volumique de dispersions, de solides et même de gaz. Utilisés correctement, les pycnomètres fournissent des résultats très précis et un niveau de précision atteignant 10-5 g/cm3, étroitement lié à la précision d’affichage (nombre de décimales) de la balance numérique utilisée. Un thermomètre est également requis pour mesurer la température. Une formation des utilisateurs est nécessaire afin de garantir la précision des mesures réalisées à l’aide du pycnomètre.

Densimètre numérique portable

Densimètre numérique portable
Densimètre numérique portable

Les densimètres numériques portables sont utilisés pour déterminer rapidement et précisément la masse volumique des liquides. La détermination de la masse volumique à l’aide d’instruments numériques s’appuie sur deux facteurs :

  1. L’oscillation, ou vibration, d’un tube en verre en forme de U (tube en U).
  2. La relation entre la masse de l’échantillon liquide et la fréquence d’oscillation du tube en U. Le remplissage du tube en U d’un échantillon de liquide modifie sa fréquence d’oscillation : grâce aux réglages d’usine réalisés avec des échantillons de masse volumique connue, cette fréquence d’oscillation peut être directement associée à la masse volumique de n’importe quel échantillon liquide avec une précision de 0,001 g/cm3. Les densimètres numériques portables mesurent les échantillons à température ambiante. Pour obtenir un résultat à une certaine température, le densimètre numérique peut appliquer un facteur de correction au résultat mesuré afin de compenser la différence de température. Chaque mesure ne prend que quelques secondes, ce qui permet à l’utilisateur de passer rapidement à un autre échantillon. La masse volumique mesurée peut ensuite être automatiquement convertie en d’autres unités et concentrations pour des applications précises, telles que la densité, la densité API, le degré d’alcool, le degré Brix, etc.

Densimètre numérique de paillasse

Densimètre numérique de paillasse
Densimètre numérique de paillasse

Les densimètres numériques de paillasse utilisent la même technologie que les densimètres numériques portables : l’oscillation d’un tube en verre en forme de U (tube en U). En outre, ils sont dotés d’un contrôle de température par effet Peltier intégré, qui amène l’échantillon à la température sélectionnée (p. ex. 20 °C). La plage de contrôle de la température varie entre 0 et 95 °C. Ces densimètres peuvent atteindre une précision de 0,000005 g/m3 pour la masse volumique.

Certains densimètres numériques de paillasse peuvent être connectés à des solutions d’automatisation pour un ou plusieurs échantillons, qui offrent un échantillonnage, un rinçage et un séchage automatisés. Ces densimètres peuvent souvent être mis à niveau avec un système multiparamètre automatisé dédié combinant la masse volumique, l’indice de réfraction, le pH, la couleur, la conductivité et d’autres facteurs pour vous faire gagner du temps, augmenter la qualité des données et empêcher toute altération des échantillons entre chaque analyse.

L’un des avantages des densimètres numériques dotés d’un tube en U en verre est le faible volume d’échantillon requis (généralement 1,5 mL), ce qui permet un équilibre thermique plus rapide de l’échantillon.

Manual to Digital Density Measurement

Manual to Digital Density Measurement
Masse volumique et température
Masse volumique et température

Exemple :

Mv éthanol à 20 °C = 0,7895 g/cm³

Mv éthanol à 40 °C = 0,7724 g/cm³

 

Mv eau à 20 °C = 0,9982 g/cm³

Mv eau à 40 °C = 0,9922 g/cm³

 

d éthanol à 20 °C = 0,7909 g/cm³

d éthanol à 40 °C = 0,7785 g/cm³

Molécules à basse température
Molécules à basse température

Molécule à une température donnée
(légers mouvements)

Molécules à haute température
Molécules à haute température

Même molécule quand la température augmente
(séparation plus marquée)

Comment étalonner un pycnomètre
Pycnomètre en verre
Montgolfière
détermination de la masse volumique
Courbe masse volumique vs viscosité
Définition de la densité relative
Définition de la densité
Définition de la masse volumique réelle, ou absolue
Définition de la masse volumique apparente

Pour illustrer la différence entre la masse volumique réelle et la masse volumique apparente, imaginons un pycnomètre sur une balance. Une fois rempli d’un liquide, il pèse moins dans l’air que dans le vide sous l’effet de la poussée d’Archimède.

Beaucoup de tables officielles de masse volumique reposent toujours sur la masse volumique apparente. Les densimètres numériques permettent d’obtenir des résultats dans différentes unités et concentrations, consultez leurs spécifications.

Masse dans le vide = masse volumique réelle
Masse dans le vide = masse volumique réelle
Masse dans l’air = masse volumique apparente
Masse dans l’air = masse volumique apparente
Densité
(à 20 °C)
Masse volumique
(à 20 °C)
0,7460,745 g/cm3
0,7720,771 g/cm3
0,7910,790 g/cm3
1,0000,998 g/cm3
1,2511,249 g/cm3
1,2611,259 g/cm3
1,4841,481 g/cm3
13,61813,593 g/cm3

À différentes températures

Masse volumique (à 15 °C)Densité (à 25 °C)Masse volumique (à 25 °C)
0,752 g/cm30,7470,745 g/cm3
0,999 g/cm31,0000,997 g/cm3
1,254 g/cm31,2481,244 g/cm3
1,486 g/cm31,4801,476 g/cm3


 

Quelle différence entre la masse volumique et la masse ?

La masse indique la quantité de matière dans un objet ou un liquide. La masse volumique exprime la masse pour un certain volume.

Par exemple, 10 kg d’acier et 10 kg de plumes ont la même masse, mais n’occupent pas le même volume. Leur masse volumique est donc différente.


 

Pourquoi utiliser la masse volumique pour identifier un échantillon ?

La masse volumique permet d’identifier facilement les échantillons purs, car chaque élément chimique présente une masse volumique unique. Après la mesure, la masse volumique de l’échantillon en question permet de l’identifier.


 

Comment mesurer la masse volumique des solutions ?

Prenons l’exemple d’une solution d’éthanol dans l’eau.

Comme nous l’avons déjà indiqué, à 20 °C, l’eau pure a une masse volumique (Mv) égale à 0,9982 g/cm3, contre 0,7892 g/cm3 pour l’éthanol pur à 20 °C. La masse volumique de la solution éthanol/eau dépend de sa concentration.

 


 

La masse volumique est-elle directement proportionnelle à la pression ?

La masse volumique est directement proportionnelle à la pression atmosphérique locale, mais indirectement proportionnelle à la température. À température constante, quand la pression augmente, la masse volumique augmente. Pour en savoir plus sur la relation entre la masse volumique des liquides et la pression, cliquez ici.

 


 

Quelles sont des applications types de la mesure de la densité ?

Application de mesure du moût dans la bière

 

Parmi les applications possibles en lien avec la masse volumique, citons la détermination du pourcentage d’alcool des spiritueux, le contrôle de la fermentation dans la production de vin et de bière, ou la mesure du degré Brix (teneur en sucre) des produits agroalimentaires intermédiaires et finaux. La masse volumique et d’autres concentrations comme la densité API dans les pétroles, la paraffine et les lubrifiants dans le secteur pétrochimique. La masse volumique (densité) de l’acide des batteries dans le secteur automobile, ainsi que d’autres solvants, acides et bases dans l’industrie chimique. Pour finir, elle trouve de nombreuses applications dans l’industrie pharmaceutique, telles que la mesure de la masse volumique et de la densité dans les cosmétiques, les produits d’hygiène corporelle et plus encore. Cliquez sur les liens ci-dessus pour en savoir plus sur nos applications détaillées ou consultez notre bibliothèque spécialisée pour trouver la note d’application appropriée en fonction de votre échantillon.

 


 

Quelle est la masse volumique de l’air ?

La masse volumique de l’air est de 0,00120 g/cm³ à 20 °C et sous une pression atmosphérique de 101,325 kPa (c.-à-d. au niveau de la mer). Cette pression atmosphérique change en fonction des conditions climatiques (pression plus faible en cas de pluie ou de chute de neige) et de l’altitude (pression plus faible en altitude qu’au niveau de la mer). Par exemple, à une altitude de 440 m au-dessus du niveau de la mer, la pression atmosphérique (moyenne annuelle) est de 96,12 kPa seulement, et la masse volumique de l’air moyenne passe à 0,00114 g/cm³ à 20 °C.

En savoir plus

 

 

Quelle est la masse volumique de l’eau ?

La masse volumique de l’eau est de 0,99820 g/cm3 à 20 °C. Notez que la masse volumique de l’eau change en fonction de la température. Elle augmente entre 0 et 4 °C (elle est alors proche de 1), puis baisse au-dessus de 4 °C.

 

 

Quelle est l’influence de la viscosité sur les mesures numériques de la masse volumique ?

La viscosité des échantillons a une influence sur la masse volumique mesurée à l’aide d’un densimètre numérique. Plus le risque de cisaillement entre le liquide et le tube est fort, plus la fréquence d’oscillation baisse, indiquant une masse volumique plus élevée. Ainsi, les densimètres numériques modernes possèdent une fonction intégrée de correction de la viscosité, qui compense cet effet et permet d’obtenir un résultat fiable.

 

 

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