Pourcentage volumique

Cours de chimie – lycée niveau classe de seconde – Partie constitution et transformations de la matière

A quoi sert t-il ?



Le pourcentage volumique d’une espèce chimique reflète la proportion de volume occupé par cette espèce chimique au sein d’un mélange.

Il est l’une des grandeurs qui permet d’exprimer la composition (dite composition volumique dans ce cas) d’un mélange.

Il est surtout utilisé dans le cas de mélanges gazeux, parfois pour les mélanges liquides mais rarement pour les solides.

Remarque
D’autres grandeurs permettent d’indiquer la composition d’un mélange: le pourcentage massique, le pourcentage molaire, la concentration massique ou molaire, la fraction massique, volumique ou molaire.

Définition et formule

Si une espèce chimique A occupe un volume V(A) au sein d’un mélange de volume total Vtot alors le pourcentage volumique PV(A) de cette espèce chimique A correspond au pourcentage du volume V(A) par rapport au volume total.

Ce pourcentage volumique peut être calculé en suivant le principe général de calcul de tout pourcentage à savoir:

Pourcentage d’une Partie = ( Valeur de cette partie : Valeur de l’ensemble) x 100

Dans le cas du pourcentage volumique on obtient la formule suivante:

PV(A) = V(A) x 100
                 Vtot
où:

  • Les deux volumes (V(A) et Vtot ) sont exprimés dans la même unité ( tout les deux en litre, en mètre cube, en décimètre cube etc…)
  • Le pourcentage volumique ne possède pas d’unité.

Notations et unité

Le pourcentage volumique n’a pas de notation officielle, l’UICPA ne le mentionne même pas et privilégie plutôt la fraction volumique.



La notation “PV” utilisée dans ici n’est pas une notation standard, on trouve aussi parfois les notation “%V” ou “%Vol“.

Comme tout pourcentage, le pourcentage volumique ne possède pas d’unité.

Méthode pour calculer un pourcentage volumique

  • déterminer le volume du mélange Vtot (on peut éventuellement le calculer en ajoutant le volume de chaque constituant).
  • déterminer le volume V(A) de l’espèce chimique A.
  • vérifier que les deux volume ont la même unité et si ce n’est pas le cas il faut convertir ( soit convertir V(A) en l’unité de Vtot ou l’inverse.
  • diviser le volume V(A) par le volume total
  • multiplier par 100 le résultat de la division précédente.

Exemple de calcul de pourcentage volumique

Un mélange gazeux est constitué de:

  • 20,00 L de dioxygène
  • 5,00 L de diazote
  • 12,0 cL de dioxyde de dioxyde de carbone
  • 500 mL d’Argon.

Etape n°1: Les volumes des constituants sont donnés dans plusieurs unités différentes, il faut donc choisir une unité commune puis convertir. On peut par exemple choisir d’exprimer tous les volumes en litre:

  • 20,00 L de dioxygène
  • 5,00 L de diazote
  • 0,120 L de dioxyde de carbone
  • 0,500 L d’Argon.

Etape n°2: Déterminer le volume total du mélange
Vtot = 20,00 + 5,00 + 0,120 + 0,500
Vtot = 25,62 L

Etape n°3: calcul des pourcentages volumiques:

  • PV (dioxygène) = 20,00 : 25,62 x 100 = 78,06 %
  • PV (diazote) = 5,00 : 25,62 x 100 = 19,52 %
  • PV (dioxyde de carbone) = 0,120 : 25,62 x 100 = 0,47 %
  • PV (Argon) = 0,500 : 25,62 x 100 = 1,95 %

Utiliser le pourcentage volumique pour déterminer un volume

Lorsque le volume d’un mélange ainsi que les pourcentages massiques de chacun de ses composants sont connus on peut en déduire la masse de chacun de ces composants.



En modifiant la formule du pourcentage volumique on peut exprimer le volume:

V(A) = PV(A) x Vtot : 100

Exemple 
Une bouteille de contenance 1,5 L contient un mélange gazeux composé de:
Dioxyde de carbone (CO2) avec P(CO2) = 85%
Diazote (N2) avec P(N2) = 15%

On peut calculer le volume de chacun des gaz:
V(CO2) = PV(CO2) x Vtot : 100
V(CO2) = 85 x 1,5 :100
V(CO2) = 1,275 L
V(N2) = PV(N2) x Vtot : 100
V(N2) = 15 x 1,5 : 100 = 0,225 L

Ce mélange gazeux est donc composé de 1,275 L de dioxyde de carbone et de 0,225 L de diazote.

Quelques exemples de proportions exprimées sous forme de pourcentage volumique

Le degré d’un alcool correspond au pourcentage volumique d’éthanol présent. Par exemple un alcool à désinfecter à 90% est composé 90% en volume d’éthanol.

La composition volumique

Une composition volumique correspond à la liste des constituants d’un mélange accompagnés de leur pourcentage volumique.

Exemple: composition volumique de l’atmosphère de la planète Mars

  • Dioxyde de carbone PV(CO2) = 95,97 %
  • Argon PV(Ar) =1,93 %
  • Diazote PV(N2) = 1,89 %
  • Dioxygène PV(O2) = 0,146 %
  • Monoxyde de carbone PV(CO) = 0,0557 %
  • Vapeur d’eau PV(H2O) = 0,03 %
  • Monoxyde d’azote PV(NO) = 0,013 %

La fraction volumique

La fraction volumique (notée Φ) d’une espèce chimique correspond au rapport du volume occupé par cette espèce chimique par le volume total du mélange auquel elle appartient.

On peut calculer la fraction volumique Φ(A) d’une espèce chimique A occupant un volume V(A) dans mélange de volume total Vtot grâce à la relation suivante:

Φ(A)= V(A)
             Vtot

La fraction volumique est une grandeur proche du pourcentage volumique, elles expriment toutes les deux la proportion de volume occupée par une espèce chimique et ne diffèrent l’une de l’autre que par un facteur 100. On peut ainsi exprimer le pourcentage volumique à partir de la fraction volumique:

PV(A) = Φ(A) x 100

Pourcentage volumique et pourcentage massique

Il est possible d’exprimer le pourcentage volumique d’une espèce chimique dans mélange à partir de son pourcentage massique à condition de connaître la masse volumique ρ:

PV(A) = V(A) x 100
               Vtot
or V(A) = m(A) / ρ(A)

donc:

PV(A) = m(A) / ρ(A) x 100
                  Vtot
PV(A) = m(A) x  100 x 1
                Vtot               ρ(A)
PV(A) = PM(A) x 1
                           ρ(A)
PV(A) = PM(A)
               ρ(A)



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