Fiche de révision : Chromatographie et composition des mélanges

📋 Plan du Cours

1. Masse volumique des corps purs
2. Précision et incertitude des mesures
3. Chromatographie des mélanges
4. Réalisation d’une chromatographie sur papier
5. Principes et interprétation de la CCM
6. Analyse d’une solution colorée
7. Compositions volumique et massique

📖 1. Masse volumique des corps purs

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : Rapport de sa masse m à son volume V.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse volumique vérifie $\rho = \frac{m}{V}$, où m est la masse et V le volume.

• La masse volumique de l’eau liquide est d’environ 1 kg/L, soit 1 g/mL.

• Pour lire précisément le volume d’un liquide dans une verrerie étroite, placer les yeux à la hauteur de la graduation et aligner le bas du ménisque sur le trait.

• Les masses volumiques tabulées des solides sont : (la-liste.fr) :

  • 224 à 256 kg/m³ pour le liège
  • 7 860 kg/m³ pour le fer
  • 8 960 kg/m³ pour le cuivre
  • 7 300 à 8 800 kg/m³ pour le laiton
  • 7 150 kg/m³ pour le zinc
  • 2 700 kg/m³ pour l’aluminium

Compléments

• La masse volumique de l’air est de l’ordre de 1 g/L, avec une valeur approximative de 1,3 g/L.

• Les masses volumiques tabulées des liquides sont :

  • 1,32 g/mL pour le sirop de canne
  • 1,00 g/mL pour l’eau
  • 0,789 g/mL pour l’éthanol

📐 Formule - Le volume d’un cylindre est $V = \pi R^2 h$, où R est le rayon et h la hauteur.

📌 Pour utiliser l’éthanol en manipulation, il faut porter des lunettes de protection.

📖 2. Précision et incertitude des mesures

★ À maîtriser

📌 La répétabilité décrit la proximité entre des mesures répétées d’une même grandeur, tandis que la proximité de leur moyenne avec la valeur vraie concerne leur justesse.

📐 Formule - Le volume d’eau correspondant à une masse mesurée se calcule avec $V = \frac{m}{\rho}$.

• L’écart-type σ traduit la dispersion des valeurs d’une série de mesures autour de leur moyenne V̄.

📐 Formule - L’incertitude-type d’une moyenne de mesures indépendantes vérifie $u(V) = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$, où σ est l’écart-type et n le nombre de mesures.

Compléments

• La masse volumique de l’eau dépend de la température : elle vaut 0,99856 g/mL à 18 °C et 0,99796 g/mL à 21 °C.

• Pour les mesures répétées de la masse d’eau, le protocole demande dix remplissages visant 100 mL et une balance affichant la masse au 0,1 g près.

📖 3. Chromatographie des mélanges

📝 Points essentiels

• La chromatographie sur couche mince permet de distinguer un mélange d’un corps pur à partir de données expérimentales.

📖 4. Réalisation d’une chromatographie sur papier

★ À maîtriser

• L’éluant de l’expérience 1 est composé de 80 % d’eau salée et de 20 % d’éthanol.

📌 Les colorants ne doivent pas tremper dans l’éluant et le papier chromatographique ne doit pas toucher les parois de la cuve.

• Pour réaliser l’élution, on place le papier dans la cuve sans immerger les dépôts, on laisse migrer l’éluant, puis on marque au crayon le niveau atteint, appelé front de l’éluant, avant de laisser sécher le papier.

Compléments

• La ligne de dépôt est tracée à environ 1,5 cm du bord du papier chromatographique.

• Une microgoutte produit une tache de diamètre inférieur à 5 mm.

💡 Astuce mémo

Préparer l’éluant, déposer les colorants, éluer, puis tracer le front.

📖 5. Principes et interprétation de la CCM

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie sur couche mince : Méthode physique d’analyse reposant sur les affinités différentes des espèces chimiques pour une phase fixe et une phase mobile.
• Éluant : Phase mobile de la chromatographie, qui peut être un liquide pur ou un mélange de liquides.

★ À maîtriser

• Pendant l’élution, l’éluant monte dans la phase fixe par capillarité et entraîne les espèces chimiques, tandis que la phase fixe tend à les retenir.

• Les espèces chimiques migrent à des vitesses différentes, ce qui permet de distinguer un corps pur d’un mélange et d’identifier les constituants d’un mélange.

Compléments

• La phase fixe peut être :
  • du papier filtre
  • du papier Whatman
  • du gel de silice sur une plaque d’aluminium

💡 Astuce mémo

La phase mobile entraîne les espèces, tandis que la phase fixe les retient.

📖 6. Analyse d’une solution colorée

★ À maîtriser

📌 Dans l’éluant utilisé pour l’exemple, l’espèce C est plus soluble que l’espèce B et migre plus haut sur le chromatogramme.

📌 Le compte-rendu de la démarche scientifique présente la problématique, l’hypothèse, le protocole, les résultats et la conclusion indiquant si l’hypothèse est validée.

Compléments

• Dans l’exemple du document, le chromatogramme de A montre un mélange contenant notamment les espèces B et C, tandis que B et C sont chacune des corps purs.

• Les cinq solutions colorées proposées sont :

  • LP, colorant rouge de La Patelière
  • SL, colorant rouge de Sainte-Lucie
  • BC, colorant brun caramel de Culinaide
  • BN, bleu nuit
  • P, prune

• Les colorants purs cités sont :

  • le bleu brillant E133
  • la tartrazine jaune E102
  • le rouge cochenille E124

📖 7. Compositions volumique et massique

★ À maîtriser

• La composition volumique approximative de l’air sec est :
  • 78 % de diazote
  • 21 % de dioxygène
  • 1 % d’autres gaz, notamment l’argon et le dioxyde de carbone

📐 Formule - Le pourcentage volumique d’une espèce E se calcule ainsi : $\%\text{ volumique de E}=\frac{\text{volume de E}}{\text{volume du mélange}}\times 100$.

📐 Formule - Le pourcentage massique d’une espèce E se calcule ainsi : $\%\text{ massique de E}=\frac{\text{masse de E}}{\text{masse du mélange}}\times 100$.

Compléments

• Un vinaigre étiqueté à 8 % en masse contient 8 g d’acide acétique pour 100 g de vinaigre.

📌 Les pourcentages massiques de l’air ne sont pas égaux à ses pourcentages volumiques, car les entités des différents gaz n’ont pas la même masse.