La chimie est une science expérimentale : toute affirmation sur la matière repose sur des grandeurs mesurées avec des instruments adaptés. Mesurer une masse, un volume, une température ou une quantité de matière permet de décrire précisément un système chimique, de comparer des résultats et de garantir la sécurité des manipulations. Ce chapitre présente les grandeurs physiques utilisées en chimie, le Système International d’unités, les principaux instruments de mesure et la notion essentielle d’incertitude.
Le rôle de la mesure en chimie
En chimie, on ne se contente pas d’observer une transformation : on cherche à la quantifier. Mesurer permet de déterminer la quantité de réactifs à utiliser, de suivre l’avancement d’une réaction, de vérifier la pureté d’un produit ou de doser une espèce chimique dans un mélange.
La mesure est aussi indispensable pour la sécurité et pour la reproductibilité des expériences.
Le Système International d’unités (SI)
Le Système International d’unités (SI) définit sept grandeurs physiques fondamentales : la masse (kg), la longueur (m), le temps (s), la température thermodynamique (K), l’intensité du courant électrique (A), l’intensité lumineuse (cd) et la quantité de matière (mol).
De nombreuses grandeurs sont dérivées de ces unités, comme le volume (m³, ou litre L, avec 1 L = 10⁻³ m³). Les préfixes (kilo-, milli-, micro-…) permettent d’exprimer des mesures très grandes ou très petites.
Les instruments de mesure et la verrerie de laboratoire
La masse se mesure avec une balance. Le volume se mesure avec le bécher, l’éprouvette graduée, la pipette jaugée, la fiole jaugée, ou la burette graduée.
Le pH-mètre mesure le pH, le conductimètre la conductivité, et le spectrophotomètre l’absorbance d’une solution colorée.
Précision, incertitude et chiffres significatifs
Toute mesure est entachée d’une incertitude. On distingue l’incertitude absolue ΔX et l’incertitude relative ΔX/X, souvent en pourcentage.
On distingue aussi la fidélité (résultats peu dispersés) de l’exactitude (résultats proches de la valeur réelle). Le résultat doit être exprimé avec un nombre de chiffres significatifs cohérent avec la précision de l’instrument.
Exercice d’application
Exercice 1 — Convertir : a) V = 250 mL en L ; b) m = 750 mg en g ; c) d = 12 cm en m.
Exercice 2 — Associer chaque grandeur à son unité SI : masse ; longueur ; temps ; température ; quantité de matière.
Exercice 3 — Déterminer le nombre de chiffres significatifs : a) 12,50 g ; b) 0,0340 mol ; c) 3,00×10² mL.
Exercice 4 — Une burette a ΔV = 0,05 mL, lecture V = 12,50 mL. Calculer ΔV/V en %.
Exercice 5 — Choisir entre une éprouvette de 100 mL, une pipette jaugée de 20 mL (±0,03 mL) et un bécher de 50 mL pour mesurer 20,0 mL avec précision. Justifier.
Exercice 6 — 5 mesures : 5,21 ; 5,23 ; 5,20 ; 5,22 ; 5,22 g. Valeur réelle 5,50 g. a) Moyenne. b) Fidèle ? Exacte ?
Exercice 7 — Pipette ±0,02 mL pour 10,0 mL, fiole ±0,15 mL pour 250 mL. a) Incertitude relative pipette. b) Incertitude relative fiole. c) Laquelle est plus grande ? d) m = 2,925 g avec balance ±0,001 g : chiffres significatifs adaptés ?
Corrigés
Corrigé 1 — a) 0,250 L. b) 0,750 g. c) 0,12 m.
Corrigé 2 — Masse → kg ; longueur → m ; temps → s ; température → K ; quantité de matière → mol.
Corrigé 3 — a) 4 chiffres significatifs. b) 3 chiffres significatifs. c) 3 chiffres significatifs.
Corrigé 4 — 0,05/12,50 = 0,004 = 0,4 %.
Corrigé 5 — La pipette jaugée (incertitude relative 0,15 %, bien plus faible que l’éprouvette ~2,5 % ou le bécher).
Corrigé 6 — a) 5,216 g ≈ 5,22 g. b) Fidèle (peu dispersée) mais pas exacte (écart de 0,28 g avec la valeur réelle, erreur systématique probable).
Corrigé 7 — a) 0,2 %. b) 0,06 %. c) La pipette. d) Oui, 4 chiffres significatifs correspondent à la précision au mg.
