Corps purs et mélanges au quotidien

Corps purs et mélanges au quotidien

De l'eau du robinet à l'air que tu respires : que contient vraiment ce qui nous entoure ? Espèces chimiques, mélanges, identification, on regarde la matière de plus près.

À la fin de ce chapitre, tu sauras :

distinguer espèce chimique, corps pur et mélange (homogène ou hétérogène) ;

identifier une espèce par tests chimiques, masse volumique, température de changement d'état ou CCM ;

calculer la composition massique d'un mélange et la composition volumique de l'air.

Une espèce chimique, c'est quoi ?

Espèce chimique Ensemble d'entités chimiques identiques, représenté par une unique formule.

Trois grandes familles d'espèces chimiques :

Atomique Argon · Ar Moléculaire Diazote · N₂ Ionique Chlorure · Cl⁻ Astuce

Une espèce a une seule formule : H₂O n'est pas la même espèce que H₂ ou que OH⁻.

Corps pur ou mélange ?

Corps pur Une seule espèce chimique.

Schéma de molécules d'eau seules Eau distillée, uniquement H₂O Mélange Plusieurs espèces chimiques différentes.

Schéma d'eau, ions sodium et chlorure mélangés Eau salée, H₂O + Na⁺ + Cl⁻

Mélange homogène ou hétérogène ?

Homogène Les constituants ne sont pas distinguables à l'œil nu.

Eau salée, sirop, air, alliages comme l'acier (fer + carbone)…

Hétérogène Les constituants sont visibles à l'œil nu.

Eau + sable, vinaigrette qui se sépare, jus avec pulpe…

Et un brouillard ?

Le brouillard est un mélange hétérogène : on distingue les fines gouttelettes d'eau dispersées dans l'air.

Pourcentage massique

Pourcentage massique P(X) = (m_X)/(m_solution) × 100 P(X) en % mₓ masse de l'espèce X (g) msolution masse totale (g) Exemple

6 g de sucre dans 100 g de solution → P(sucre) = (6)/(100) × 100 = 6 \%.

Pourcentage volumique et composition de l'air

Pourcentage volumique P_V(X) = (V_X)/(V_solution) × 100 Surtout utilisé pour les gaz.

Composition de l'air sec 78 % de diazote (N₂) 21 % de dioxygène (O₂) 1 % d'autres gaz (Ar, CO₂, …) Approximation pratique : 80 % N₂ + 20 % O₂.

Identifier par tests chimiques

Test chimique Expérience dont le résultat positif (changement de couleur, précipité, détonation…) met en évidence la présence d'une espèce chimique.

Tableau récapitulatif des principaux tests d'identification d'espèces

Quatre tests à connaître : eau, dihydrogène, dioxygène, dioxyde de carbone À retenir

Détonation en approchant une allumette d'un tube à essai → présence de dihydrogène H₂.

Identifier par mesure : la masse volumique

Masse volumique ρ ρ = (m)/(V) kg·m⁻³ (ou g·L⁻¹) kg (ou g) m³ (ou L) Eau pure

_eau = 1,000 g · mL^-1 = 1 000 g · L^-1, autrement dit 1 L d'eau pèse 1 kg.

Chaque corps pur a sa propre masse volumique à une température donnée : on peut donc l'identifier en la mesurant.

Températures de changement d'état

Deux températures clés T_f : température de fusion (solide → liquide)

T_éb : température d'ébullition (liquide → gaz)

Pour un corps pur, ces températures sont constantes à pression donnée, c'est ce qui permet de l'identifier.

Schéma des six changements d'état entre solide, liquide et gaz

Les six changements d'état entre solide, liquide et gaz

Banc Kofler annoté avec ses différents éléments Banc Kofler, mesure T_f entre 50 et 250 °C

La chromatographie sur couche mince (CCM)

CCM Technique de séparation et d'identification des espèces chimiques d'un mélange homogène, basée sur leur affinité avec un éluant (le solvant qui sépare).

Protocole Tracer la ligne de dépôt à 1 cm du bord.

Déposer le mélange + des espèces de référence (A, B…).

Plonger dans l'éluant, montée par capillarité.

Sortir et sécher avant que l'éluant n'atteigne le haut (~1 cm du bord).

Comparer les hauteurs des taches aux références.

Chromatogramme avec mélange M et références A et B

M = mélange à analyser ; A et B = espèces de référence Lecture

Si une tache du mélange est à la même hauteur qu'une référence, c'est probablement la même espèce.

Ce qu'il faut retenir

Une espèce chimique = ensemble d'entités identiques (atomique, moléculaire ou ionique).

Un corps pur contient une seule espèce ; un mélange en contient plusieurs (homogène ou hétérogène).

Composition d'un mélange : P(X) = (m_X)/(m_sol) × 100 (massique) ou P_V(X) = (V_X)/(V_sol) × 100 (volumique).

L'air ≈ 78 % N₂ + 21 % O₂ + 1 % autres gaz.

On identifie une espèce par test chimique, par mesure physique ( ρ = m/V, T_f, T_éb ) ou par CCM.

Pour un corps pur, T_f et T_éb sont constantes à pression donnée.