Fiche de révision : Corps purs et mélanges

📋 Plan du Cours

1. Espèces chimiques et constituants
2. Homogénéité et miscibilité
3. Identification par chromatographie
4. Identification par tests chimiques
5. Propriétés physiques des espèces
6. Composition quantitative des mélanges

📖 1. Espèces chimiques et constituants

🔑 Notions clés & Définitions

• Entité chimique : Particule microscopique qui constitue la matière et peut être un atome, une molécule ou un ion.
• Espèce chimique : Constituée d’un grand nombre d’entités chimiques identiques.
• Corps pur : Constitué d’une seule espèce chimique.
• Mélange : Constitué d’au moins deux espèces chimiques différentes.

📝 Points essentiels

• Une espèce chimique est caractérisée par sa formule chimique, son aspect, ses propriétés physiques et ses propriétés chimiques.

• L’eau sucrée contient des molécules d’eau et des molécules de sucre, appelé saccharose.

📖 2. Homogénéité et miscibilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Mélange homogène : Mélange dont on ne peut pas distinguer les différents constituants à l’œil nu après agitation.
• Mélange hétérogène : Mélange dont on distingue au moins deux constituants à l’œil nu après agitation.
• Liquides miscibles : Deux liquides qui forment un mélange homogène.

📝 Points essentiels

• Des exemples de mélanges homogènes sont :

  • l’eau avec du sirop
  • le thé
  • l’acier
  • l’air
  • l’eau minérale

• Des exemples de mélanges hétérogènes sont :

  • l’eau et l’huile
  • l’eau et la terre
  • une eau pétillante exposée à l’air libre

• L’eau et l’éthanol sont miscibles, tandis que l’eau et l’huile ne sont pas miscibles et que l’huile surnage car elle est moins dense que l’eau.

💡 Astuce mémo

Homogène : constituants invisibles ; hétérogène : constituants distinguables.

📖 3. Identification par chromatographie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie sur couche mince : Technique d’analyse qui sépare et identifie les espèces chimiques d’un mélange.
• Phase fixe : Support de la CCM sur lequel on dépose les substances, par exemple un papier ou une plaque.
• Phase mobile : Liquide appelé éluant qui entraîne les espèces à analyser en montant par capillarité sur la phase fixe.

★ À maîtriser

• En CCM, les espèces migrent plus ou moins vite selon leur affinité pour la phase fixe et l’éluant, ce qui permet de les séparer.

• Un mélange contient autant d’espèces chimiques que de taches visibles sur son chromatogramme.

📐 Formule - Le rapport frontal se calcule par $R_f = \frac{h}{H}$, où h et H sont exprimés dans la même unité et où Rf est sans unité.

Compléments

• Deux taches à la même hauteur sur un chromatogramme correspondent à la même espèce chimique.

📌 Deux espèces chimiques sont identiques si elles migrent de la même façon dans les mêmes conditions expérimentales.

💡 Astuce mémo

Sur la plaque, les taches montent avec l’éluant et se séparent selon leur affinité.

📖 4. Identification par tests chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Test chimique : Expérience dont le résultat, lorsqu’il est positif, met en évidence la présence d’une espèce chimique.

📝 Points essentiels

• La présence d’eau liquide est révélée par le sulfate de cuivre anhydre, qui passe du blanc au bleu au contact de quelques gouttes de la solution testée.

• La présence de dioxyde de carbone est révélée par l’eau de chaux, qui se trouble avec formation d’un précipité blanc au contact du gaz.

• La présence de dioxygène est révélée par une bûchette incandescente qui se rallume au contact du gaz.

• La présence de dihydrogène est révélée par une légère détonation lorsqu’on approche une allumette enflammée du gaz.

📖 5. Propriétés physiques des espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Température de fusion : Température à laquelle une espèce passe de l’état solide à l’état liquide.
• Température d’ébullition : Température à laquelle une espèce passe de l’état liquide à l’état gazeux lors de la vaporisation.

★ À maîtriser

📌 Sous une pression donnée, la température de changement d’état d’un corps pur est constante et dépend de l’espèce chimique.

📐 Formule - La masse volumique est le rapport de la masse au volume : $\rho = \frac{m}{V}$.

• La masse volumique de l’eau vaut 1,0 g·mL⁻¹, soit 1000 g·L⁻¹ ou 1000 kg·m⁻³.

📐 Formule - La densité d’une espèce chimique est le rapport de sa masse volumique à celle de l’eau : $d = \frac{\rho}{\rho_{\mathrm{eau}}}$.

Compléments

• La matière existe sous trois états : solide, liquide et gazeux, et un changement d’état est le passage d’un état à un autre.

• La température de fusion de l’eau est 0 °C et celle de l’or est 1064 °C.

• La température d’ébullition de l’eau est 100 °C et celle de l’or est 2808 °C.

📐 Formule - La masse se calcule par $m = \rho \times V$ et le volume par $V = \frac{m}{\rho}$.

• Dans la relation de masse volumique, m désigne la masse, V le volume et ρ la masse volumique ; les unités usuelles de masse volumique comprennent g·cm⁻³, kg·m⁻³ et g·L⁻¹.

• Un millilitre et un centimètre cube sont des volumes équivalents.

• La masse volumique de l’éthanol vaut 0,790 g·mL⁻¹, soit 0,790 g·cm⁻³ ou 790 kg·m⁻³.

📐 Formule - La masse volumique se calcule à partir de la densité par $\rho = d \times \rho_{\mathrm{eau}}$.

• Par définition, la densité de l’eau est égale à 1.

📌 Dans l’eau, un échantillon de densité supérieure à 1 coule, tandis qu’un échantillon de densité inférieure à 1 flotte.

💡 Astuce mémo

La masse volumique porte une unité ; la densité n’en porte pas.

📖 6. Composition quantitative des mélanges

★ À maîtriser

📐 Formule - Le pourcentage massique d’une espèce E dans un mélange se calcule par $\%m_E = \frac{m_E}{m_{\mathrm{total}}} \times 100$, avec les deux masses dans la même unité.

📐 Formule - Le pourcentage volumique d’une espèce E dans un mélange se calcule par $\%V_E = \frac{V_E}{V_{\mathrm{total}}} \times 100$, avec les deux volumes dans la même unité.

• La composition volumique de l’air est :
  • 78 % de diazote
  • 21 % de dioxygène
  • 1 % d’autres gaz

Compléments

• La composition massique de la fonte est de 95 % de fer et de 5 % de carbone.

• Un nitrox 32 contient 3,84 L de dioxygène dans 12,0 L de mélange, ce qui correspond à 32 % de dioxygène en volume.