L'air est un mélange de gaz, notamment de diazote et de dioxygène. La masse d'un litre d'air est de 1,3 g, sa masse volumique est donc de 1,3 g/L. En appliquant une force sur l'air, on peut diminuer ou augmenter le volume qu'il occupe. On dit que l'air est compressible et expansible.
La composition de l'air
L'air est composé de plusieurs gaz, surtout de diazote et de dioxygène.
L'air est un mélange de gaz. Sa composition volumique est la suivante :
- 78 % de diazote ;
- 21 % de dioxygène ;
- 1 % d'autres gaz (dioxyde de carbone, argon, etc.).
Pour simplifier, on néglige les autres gaz et l'air est composé d'environ :
- \dfrac{4}{5} de diazote ;
- \dfrac{1}{5} de dioxygène.
Ainsi, tous les échantillons d'air contiennent environ quatre fois plus de diazote que de dioxygène.
Si un récipient rempli d'air contient 10 mL de dioxygène, il contient à peu près 40 mL de diazote.
Le dioxygène est le gaz indispensable à la vie. Le manque de dioxygène conduit à l'asphyxie.
La masse de l'air
Comme tous les gaz, l'air possède une masse. La masse d'un litre d'air est de 1,3 g, sa masse volumique est donc de 1,3 g/L.
La mesure de la masse de l'air
On peut mesurer facilement la masse d'un litre d'air avec un ballon et une éprouvette graduée.
Mesurer la masse de l'air
Pour mesurer la masse d'un litre d'air, on utilise la méthode dite « par déplacement d'eau » :
1. Peser un ballon gonflé.
2. Laisser échapper un litre d'air du ballon (mesuré avec une éprouvette).
3. Peser à nouveau le ballon.
4. La masse d'un litre d'air est alors égale à la différence des deux masses mesurées.
- La pesée d'un ballon gonflé donne : m_1 = 252{,}7 \text{ g} .
- La pesée du ballon dégonflé de 1 L donne : m_2 = 251{,}4 \text{ g} .
La masse d'un litre d'air est donc égale à :
m = m_1 - m_2
m = 252{,}7 - 251{,}4
m = 1{,}3 \text{ g}
À température et pression ambiantes, la masse d'un litre d'air est d'environ 1,3 g.
La masse volumique de l'air
La masse volumique de l'air est \rho_{\text{air}} = 1{,}3 \text{ g/L} .
Puisque la masse d'un litre d'air, à température et pression ambiante, est d'environ 1,3 g, la masse volumique de l'air est \rho_{\text{air}} = 1{,}3 \text{ g/L} .
Dans l'exemple précédent, on a déterminé que la masse d'un volume V = 1 \text{ L} d'air est m = 1{,}3 \text{ g}. On peut donc calculer sa masse volumique :
\rho = \dfrac{m}{V}
\rho = \dfrac{1{,}3}{1}
\rho = 1{,}3 \text{ g/L}
La compressibilité de l'air
L'air est compressible et expansible car on peut diminuer ou augmenter le volume qu'il occupe.
L'air est compressible : en appliquant une force dessus, on peut faire en sorte qu'il occupe un volume plus petit que la normale.
Lorsqu'on pousse le piston d'une seringue fermée, on comprime l'air qu'elle contient.
L'air est expansible : en appliquant une force dessus, on peut faire en sorte qu'il occupe un volume plus important que la normale, on dit qu'on le détend.
Lorsqu'on tire le piston d'une seringue fermée, on détend l'air qu'elle contient.
