Le glaçon qui prend plus de place

Exercice d'entraînement · niveau 2 · chimie (seconde), chapitre 3 — Quantité de Matière et Solutions Aqueuses · Masse volumique d'un échantillon

Énoncé

On congèle $500 g$ d'eau liquide, puis on laisse fondre le bloc de glace obtenu. Données : masse volumique de la glace $ρ_{glace} = 0, 917 g/mL$ ; masse volumique de l'eau liquide $ρ_{eau} = 1, 00 g/mL$ .

1. Calculer le volume occupé par les $500 g$ d'eau à l'état liquide.<br> 2. Calculer le volume occupé par ces mêmes $500 g$ à l'état solide.<br> 3. De combien le volume augmente-t-il ? Exprimer cette variation en pourcentage du volume initial.<br> 4. Expliquer pourquoi un glaçon flotte sur l'eau, et pourquoi une bouteille pleine d'eau placée au congélateur peut éclater.

Corrigé

1. À l'état liquide. $V = \frac{m}{ρ _{eau}} = \frac{500}{1 , 00} = 500 mL .$

2. À l'état solide. $V^{'} = \frac{m}{ρ _{glace}} = \frac{500}{0 , 917} \approx 545 mL .$ La masse ne change pas au cours d'un changement d'état ; c'est le volume qui varie.

3. L'augmentation. $V^{'} - V \approx 545 - 500 = 45 mL, \frac{45}{500} = 0, 090, soit environ 9 %.$

4. Les deux conséquences. Comme $ρ_{glace} < ρ_{eau}$ , la glace est moins dense que l'eau liquide : un glaçon flotte. Et dans une bouteille pleine et fermée, les $9 %$ de volume supplémentaire n'ont nulle part où aller : la pression exercée sur les parois fait éclater le récipient. L'eau est de ce point de vue une exception : la plupart des espèces se contractent en se solidifiant.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.