L’eau du robinet, l’air, le lait ou le sel de table : ces échantillons de matière sont-ils « purs » ? Pour répondre, le chimiste distingue les corps purs des mélanges, et dispose de méthodes pour identifier les espèces chimiques qu’ils contiennent.
Objectifs
- Distinguer espèce chimique, corps pur et mélange (homogène ou hétérogène)
- Identifier une espèce chimique par ses caractéristiques physiques (températures de changement d’état, masse volumique)
- Interpréter une chromatographie sur couche mince (CCM)
- Connaître la composition de l’air et réaliser les tests chimiques usuels
- Calculer une composition massique ou volumique
1. Espèce chimique, corps pur, mélange
Espèce chimique : Ensemble d’entités chimiques identiques (molécules, atomes ou ions). Exemples : l’eau H2O, le dioxygène O2, le chlorure de sodium.
Corps pur : Échantillon de matière constitué d’une seule espèce chimique. Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques.
- Mélange homogène : on ne distingue pas ses constituants à l’œil nu (eau salée, air, vinaigre).
- Mélange hétérogène : on distingue au moins deux phases (eau et huile, jus d’orange avec pulpe).
- Deux liquides qui forment un mélange homogène sont miscibles ; sinon ils sont non miscibles.
2. Identifier une espèce chimique par ses caractéristiques physiques
Chaque corps pur possède des caractéristiques physiques propres, mesurées dans des conditions données (pression atmosphérique normale) : température de fusion, température d’ébullition, masse volumique.
ρ =
| Corps pur | Fusion (°C) | Ébullition (°C) | Masse volumique (g·mL−1) |
|---|---|---|---|
| Eau | 0 | 100 | 1,00 |
| Éthanol | −114 | 78 | 0,79 |
- Un corps pur change d’état à température constante : sur une courbe d’échauffement, on observe un palier.
- Un mélange change d’état en général sur un intervalle de températures (pas de palier net).
Identifier un liquide incolore
- On mesure m = 39,5 g pour V = 50,0 mL.
- ρ = 39,5 / 50,0 = 0,790 g·mL−1.
- Cette valeur correspond à celle de l’éthanol (à confirmer par une autre mesure, par exemple la température d’ébullition).
Le liquide est probablement de l’éthanol.
3. La chromatographie sur couche mince (CCM)
La CCM permet de séparer et d’identifier les espèces chimiques d’un mélange. On dépose des gouttes sur une plaque (phase fixe), puis un solvant (l’éluant, phase mobile) monte par capillarité et entraîne plus ou moins loin chaque espèce.
- Une même espèce chimique migre à la même hauteur dans les mêmes conditions.
- Un dépôt qui donne une seule tache peut être un corps pur ; plusieurs taches indiquent un mélange.
- On identifie une espèce en comparant la hauteur de sa tache à celle d’une espèce de référence déposée sur la même plaque.
4. Composition d’un mélange et tests chimiques
L’air est un mélange gazeux composé, en volume, d’environ 78 % de diazote N2 et 21 % de dioxygène O2, le reste (environ 1 %) étant principalement de l’argon, avec un peu de dioxyde de carbone.
pourcentage massique de A = mA / mmélange × 100
| Espèce testée | Test | Résultat positif |
|---|---|---|
| Eau H2O | Sulfate de cuivre anhydre (blanc) | Il devient bleu |
| Dioxygène O2 | Bûchette incandescente | Elle se rallume |
| Dihydrogène H2 | Flamme approchée | Légère détonation |
| Dioxyde de carbone CO2 | Eau de chaux | Elle se trouble |
À retenir
- Corps pur : une seule espèce chimique ; mélange : plusieurs espèces chimiques.
- Un corps pur s’identifie par ses températures de changement d’état et sa masse volumique ρ = m / V.
- Un corps pur change d’état à température constante (palier).
- En CCM, une même espèce migre à la même hauteur : on compare aux références.
- Air : environ 78 % de N2 et 21 % de O2 en volume.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.