Règles d'addition des volumes en chimie

[aite33]

Bonjour, j'ai une petite question. Je dois étudier le mélange de liquides ayant des propriétés physico-chimie-chimie-chimique proches et différentes. Les propriétés étudier seront la masse volumique et la viscosité. Pour la viscosité, c'est déjà fait. Là, je vais m'attaquer à la masse volumique. Selon moi, la meilleur façon serait de partir de la définition même de la masse volumique (rapport de la masse du mélange sur le volume du mélange). Au niveau des masses, ce sont des grandeurs qui s'additionnent donc il'y a pas trop de soucis. En revanche, pour les volumes, ce n'est pas toujours vrai. C'est ce qui explique que la masse volumique d'un mélange eau (masse volumique=1000 kg/m^3)-éthanol (masse volumique= 789 kg/m^3) ne donnera pas une masse volumique de mélange de 1000+789=1789 kg/m^3. Sauriez vous dans quel genre de situation les volumes de 2 liquides à mélanger s'additionnent ou ne s’additionnent pas ?

Merci d'avance
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[moco]

Bonjour,
A ma connaissance, les volumes ne s'additionnent jamais parfaitement. Il y a toujours moyen de gagner un peu d'espace en mélangeant des liquides purs de natures différentes. Les "petites" molécules trouvent toujours moyen de se glisser dans l'espace laissé libre entre les "grosses" molécules

[Duke Alchemist]

Bonsoir.

C'est très confus tout ça... Je finis par m'y perdre moi-même

On ne peut pas ajouter les masses volumiques qui sont des grandeurs intensives.

Pour le mélange eau éthanol que tu proposes, tu peut obtenir la masse volumique du mélange en effectuant la "moyenne" (si on néglige la variation de volume qui peut être causée par les interactions entre les molécules) des masses volumiques de chacun des liquides mis en jeu.
Suite à la conservation de la masse lors de ce mélange, on a :

donc :

soit :

Si les volumes d'eau et d'éthanol sont les mêmes et qu'il n'y a pas de modification du volume suite au mélange, on a :

V_eau = V_ethanol = V et V_melange = V_eau+V_ethanol = 2V
et

Comme c'était confus dès le départ je ne suis pas sûr d'avoir bien guidé.

Cordialement,
Duke.

[moco]

Bonsoir,

Duke utilise une hypothèse de travail que je recopie ici en italique :

Si les volumes d'eau et d'éthanol sont les mêmes et qu'il n'y a pas de modification du volume suite au mélange, on a :
Veau = Vethanol = V et Vmelange = Veau+Vethanol = 2V

L'expérience montre que cette hypothèse ne correspond hélas pas à la réalité. 50 mL d'éthanol et 50 ml d'eau se mélangent et forment un liquide dont le volume est de 96 mL.

[A voir en vidéo sur Futura]

[aite33]

Bonjour Duke,

Désolé pour la confusion.... Au fait je voulais simplement savoir pourquoi en chimie, quand on mélange 2 liquides on considère que le volume du mélange est la somme du volume (Vmel= V1+V2) de chaque espèce alors que ce n'est pas toujours le cas. Merci pour vos explications. Et si je comprends bien, seul l'expérience est capable d'expliquer que les volumes en chimies ne s'additionnent pas forcément ?

[Duke Alchemist]

Bonjour moco.

Je sais pertinemment que les volumes de ces deux liquides ne s'ajoutent pas. Si si !
Je voulais juste, avec cette "horrible" hypothèse que la masse volumique du mélange n'était pas la somme des masses volumiques des deux liquides de départ mais (en gros) la moyenne des deux.

On est d'accord que la masse volumique correspondante au mélange de 50mL d'eau et de 50mL d'éthanol donne plus rigoureusement :

et non 895 g.mL^-1 en faisant simplement la moyenne.

Voilà pour les masses volumiques

Concernant les volumes :
les volumes peuvent s'ajouter si les liquides ne sont pas du tout miscibles et tu obtiens alors deux phases distinctes. Sinon, on rejoint la réponse de moco dans le message #2.

Cordialement,
Duke.

EDIT : C'est au niveau microscopique que cela se joue : si les espèces chimiques ont des propriétés chimiques similaires (entre autre de polarité), elles se resserreront davantage et le volume du mélange sera inférieur à la somme des volumes initiaux.
Tu me suis ?

[jeanne08]

On va ajouter un autre cas particulier : lorsqu'on mélange deux solutions très diluées dans le même solvant les volumes s'additionnent. par exemple : lors d'une expérience on mélange uns solution 40,0 mL d'une solution aqueuse d'acide ethanique 0,01 mol/L avec 20,0 mL de solution aqueuse de soude à 0,05 mol/L, il y a réaction entre les espèces en solution mais le mélange a un volume de 60,0 mL.

[moco]

Bonjour,
Ce ne serait pas le cas avec des solutions de NaOH 1 M et HCl 1 M. Là il y a augmentation de volume.