Notion
Malgré leur homonymie partielle, la masse volumique et la masse molaire sont deux grandeurs intensives distinctes, qui ne caractérisent pas le même niveau de description de la matière.
Masse volumique \(\rho\) : elle relie la masse \(m\) d'un échantillon à son volume \(V\). C'est une propriété d'un matériau ou d'une phase — elle dépend de l'état physique et, pour un gaz, de la température et de la pression.
Masse molaire \(M\) : elle relie la masse \(m\) d'un échantillon à sa quantité de matière \(n\). C'est une propriété d'une espèce chimique au niveau microscopique, indépendante des conditions macroscopiques.
Le volume molaire \(V_m\) (volume occupé par une mole d'entités) fait le pont entre les deux grandeurs pour un corps pur : \(\rho = \dfrac{M}{V_m}\). Pour un gaz parfait, en combinant \(\rho = m/V\), \(n = m/M\) et \(PV = nRT\) :
La densité \(d\) (grandeur sans dimension) compare une masse volumique à une référence : \(d = \rho / \rho_{\text{eau}}\) pour un solide ou un liquide, \(d = M_{\text{gaz}} / M_{\text{air}}\) pour un gaz à même pression et température.
Pièges classiques : ne pas confondre densité (sans unité) et masse volumique (avec unité) — dire « la densité de l'eau est 1000 kg/m³ » confond les deux, sa densité vaut 1. Pour une molécule, la masse molaire est la somme des masses molaires atomiques pondérées par la stœchiométrie (\(M(\ce{H2O}) = 2M(\ce{H}) + M(\ce{O}) \approx 18{,}0\ \text{g/mol}\), et non \(M(\ce{O2}) = 16\) g/mol : il faut compter les deux atomes d'oxygène). Enfin, \(M\) est la masse d'une mole d'entités (\(N_A\) entités), jamais la masse d'une seule entité.