Corps purs et mélanges
1) Définitions
Une espèce chimique est un bloc de matière perceptible à l’œil nu, constitué d’une multitude d’entités chimiques invisibles car infiniment petites (atomes, ions ou molécules).
Lorsque le bloc de matière est constitué d’un seul type d’entités chimiques il s’agit d’un corps pur.
Si le corps pur est constitué d’un seul type d’atomes, on parlera de corps pur simple.
S’il est constitué d’un type de molécules formées à partir de plusieurs atomes, on parlera de corps pur composé.
Lorsque le bloc de matière est constitué de plusieurs types d’entités chimiques, il s’agit d’un mélange.
Si on est capable de distinguer les différentes phases du mélange, celui-ci est hétérogène.
Si le mélange apparaît comme un bloc de matière uniforme, alors il est homogène.
En chimie, les mélanges liquides sont appelées des solutions chimiques.
Elles peuvent être obtenues de deux manières.
La dissolution provient du mélange d’un soluté (espèce solide) avec un solvant (espèce liquide).
Si le soluté est soluble dans le solvant, le mélange obtenu est homogène.
Dans le cas contraire, on obtient un mélangé hétérogène.
Il est possible de préparer une solution chimique en mélangeant deux solvants.
Si les solvants sont miscibles, on obtient un mélange homogène.
Dans le cas contraire, on obtient un mélange hétérogène.
2) Composition massique
Connaître la composition massique d’un mélange, permet de décrire dans quelles proportions sont présents les différents constituants de ce mélange.
Pour déterminer la proportion d’un constituant A dans un mélange, il suffit de diviser la masse de ce constituant par la masse totale du mélange.
La proportion est une valeur sans unité, comprise entre 0 et 1.
Pour obtenir le pourcentage qui correspond à une proportion, il suffit de multiplier sa valeur par 100.
3) Identification d'espèces chimiques
A) Tests de reconnaissance
Test de reconnaissance de l’eau :
On dépose une goutte de notre mélange sur de la poudre de sulfate de cuivre anhydre.
Si la poudre devient bleue, celà signifie que notre mélange liquide contenait bien de l’eau.
Test de reconnaissance du dioxygène :
On recueille un gaz dans un flacon et on y place une buchette incandescante (baton tout juste éteint, encore rouge).
Si la combustion reprend vivement et que la buchette se rallume, le gaz contenu est bien du dioxygène.
Test de reconnaissance du dihydrogène :
On recueille un gaz dans un tube à essai et on approche une allumette enflammée de l’ouverture.
Si le tube contient du dihydrogène, on entend une détonation et des goutelettes d’eau se forment dans le tube.
Test de reconnaissance du dioxyde de carbone :
On introduit un gaz dans un tube à essai contenant de l’eau de chaux.
Si l’eau de chaux devient trouble après agitation, et qu’on obtient un précipité blanc de carbonate de calcium, le gaz introduit contient du dioxyde de carbone.
B) Masse volumique
Chaque espèce chimique possède sa propre masse volumique.
La masse d’un mètre cube d’or sera différente de la masse d’un mètre cube d’argent.
Il est possible de calculer la masse volumique d’une espèce chimique en divisant la masse d’un échantillon de matière par son volume :
L’unité de la masse volumique rho n’est pas imposée, elle dépend des unités utilisées pour mesurer la masse et le volume.
Pour une espèce liquide on peut par exemple utiliser le gramme par millilitre, alors que pour une espèce solide on préferera le kilogramme par décimètre cube.
Si l’on connaît la masse volumique rho d’une espèce chimique ainsi que le volume occupé par un échantillon de matière, il est possible de déterminer la masse de cet échantillon sans le peser.
Si l’on pèse un échantillon de matière dont on connaît la masse volumique, on pourra déterminer le volume de cet échantillon sans le mesurer.
Une relation entre trois grandeurs peut s’écrire de 3 manière, et connaître deux grandeurs permet de déterminer la troisième par le calcul.
Si on pèse plusieurs échantillons d’une même espèce chimique ayant des volumes différents, en plaçant les résultats sur un graphique présentant la masse en fonction du volume nous obtiendrons une droite.
La droite obtenue est une preuve de la proportionnalité de la masse et du volume. Le coefficient directeur de la droite aura la valeur de rho.
La densité peut apparaître sur les flacons d’espèces chimiques utilisées en laboratoire.
C’est une grandeur sans unité qui est calculée à partir du rapport entre la masse volumique de l’espèce et celle d’une espèce chimique de référence comme l’eau (1 gramme par millilitre)
ou l’air ( 1,293 kilogrammes par mètre cube).
C) Température de changement d'état
Chaque espèce chimique a ses propres températures de changement d’état.
Par exemple l’eau liquide se solidifie à 0 ℃ et se vaporise vers les 100 ℃.
Il est par exemple possible d’identifier un liquide en regardant a quelle température il se vaporise, ou d’identifier un métal en regardant la température à laquelle il fond.
En laboratoire de chimie, on peut utiliser un banc Kofler pour identifier des espèces chimiques sous forme de poudres.
Cet appareil permet de déterminer avec facilité et précision la température de vaporisation des poudres.
4) Séparation d'espèces chimiques
Il existe plusieurs techniques en chimie permettant de séparer les différentes espèces chimiques d’un mélange.
Les techniques les plus simples permettent de séparer les constituants d’un mélange hétérogène.
Pour séparer les constituants d’un mélange homogène, il faut recourir à des techniques plus avancées, comme la distillation qui se base sur les différentes températures de changement d’état des espèces chimiques, ou la chromatographie qui se base sur les différentes vitesses de migration des espèces chimiques.
La lecture d’une chromatographie sur couche mince (CCM) permet d’identifier les espèces chimiques contenues dans un mélange, chacune formant une tache à une hauteur spécifique.
Le dépot d’un corps pur permet de connaître la hauteur caractéristique d’une espèce chimique après migration de l’éluant.
