La chimie n'est pas seulement une science théorique : elle intervient chaque jour dans notre vie grâce à des mesures précises. Ce cours présente trois grands rôles de la mesure en chimie : informer, surveiller/protéger, et agir.
Pourquoi mesure-t-on en chimie ? Quelles informations indique l'étiquette d'une bouteille d'eau minérale ?
Les étiquettes de deux bouteilles d'eau minérale (A et B) indiquent la minéralisation moyenne (en mg/L) de chaque espèce dissoute :
| Espèce | Étiquette A (mg/L) | Étiquette B (mg/L) |
|---|---|---|
| Calcium | 89,2 | 98,9 |
| Magnésium | 4,1 | 8,6 |
| Sodium | 17,5 | 17,5 |
| Potassium | 3,3 | 2,9 |
| Chlorures | 29,2 | 28,3 |
| Sulfates | 32,9 | 53,7 |
| Bicarbonates | 214 | 239 |
| Fluor | 0,1 | 0,2 |
Comparaison de quelques cations (mg/L) entre les étiquettes A et B
L'eau de la bouteille A contient les ions suivants :
| Anions | Formule | Cations | Formule |
|---|---|---|---|
| Bicarbonates (hydrogénocarbonates) | $HCO_3^-$ | Sodium | $Na^+$ |
| Chlorures | $Cl^-$ | Potassium | $K^+$ |
| Sulfates | $SO_4^{2-}$ | Calcium | $Ca^{2+}$ |
| Fluorures | $F^-$ | Magnésium | $Mg^{2+}$ |
Les données chiffrées indiquent les concentrations massiques des différentes espèces chimiques, exprimées en $mg/L$.
La concentration massique (teneur ou titre massique), notée $C_m$, d'une espèce chimique dissoute est égale au quotient de la masse $m$ de l'espèce dissoute par le volume $V$ de la solution.
$C_m$ en $g.L^{-1}$ (ou $mg.L^{-1}$) ; $m$ en $g$ (ou $mg$) ; $V$ en $L$.
Pour appliquer $C_m = m/V$, il faut toujours convertir dans des unités cohérentes : $1\ g = 1000\ mg$ et $1\ L = 1000\ mL$. C'est l'erreur la plus fréquente dans les exercices !
La concentration massique du calcium dans l'eau A est $C_m = 89{,}2\ mg.L^{-1}$. Quelle masse de calcium apporte un verre de $V = 250\ mL$ de cette eau ?
Un verre de cette eau apporte donc environ $22{,}3\ mg$ de calcium.
Pour informer le consommateur, le fabricant indique la composition du produit alimentaire à l'aide de mesures (concentrations massiques).
Pourquoi contrôler la qualité du lait ? Pour un lait de qualité, il faut :
Lors d'un contrôle, on constate que la densité d'un lait est $d = 1{,}032$ et son $pH = 6{,}6$.
La densité $d$ d'un liquide (ou d'un solide) par rapport à l'eau est égale au quotient de la masse $m$ de ce liquide (ou solide) par la masse $m_0$ du même volume $V$ d'eau.
$d$ est une grandeur sans unité (rapport de deux masses).
Même volume V, masses différentes → densité $d = m/m_0$
Position de la densité et du pH du lait par rapport aux normes
La densité de ce lait est comprise entre $1{,}030$ et $1{,}034$ : sa richesse nutritionnelle est satisfaisante. Son $pH$ est dans les normes : son état de fraîcheur est correct.
Plus généralement, pour surveiller et protéger l'environnement, le contrôle de la qualité des produits agro-alimentaires ou de l'air nécessite des mesures nombreuses et variées.