Fiche de révision : Corps purs, mélanges et solutions

📋 Plan du Cours

1. Espèces chimiques et mélanges
2. Caractéristiques physico-chimiques
3. Chromatographie sur couche mince
4. Concentration des solutions
5. Préparation et dilution des solutions
6. Tests d’identification chimique
7. Température de fusion
8. Composition massique du Claradol
9. Préparation de solutions étalons

📖 1. Espèces chimiques et mélanges

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce chimique : Ensemble d’entités chimiques identiques, qui peuvent être des molécules, des atomes ou des ions.
• Corps pur : Constitué d’une seule espèce chimique.
• Mélange homogène : Constitué d’une seule phase.
• Mélange hétérogène : Comporte au moins deux phases différentes.

★ À maîtriser

📌 Un corps pur simple ne contient qu’un seul type d’atome, tandis qu’un corps pur composé contient plusieurs types d’atomes.

• L’air est composé de :
  • 78 % d’azote
  • 21 % de dioxygène
  • 1 % de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone, de méthane et de gaz rares

Compléments

• Une espèce chimique est caractérisée par :

  • son nom
  • sa formule chimique brute
  • son état physique
  • ses données physico-chimiques
  • sa masse volumique
  • son indice de réfraction

• Deux espèces chimiques sont miscibles si leur mélange est homogène et non miscibles si leur mélange est hétérogène.

• L’air et l’atmosphère sont des exemples de mélanges, et l’huile et l’eau forment un mélange hétérogène.

💡 Astuce mémo

Corps pur : une espèce ; mélange : plusieurs espèces.

📖 2. Caractéristiques physico-chimiques

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse volumique est donnée par $\rho = \frac{m}{V}$.

📐 Formule - La densité d’un corps est donnée par $d = \frac{\rho}{\rho_{\text{eau}}}$ et elle est sans unité.

• Un corps pur change d’état à une température donnée qui lui est propre.

Compléments

• La masse volumique de l’air est de 1,2 kg/m³, soit 1,2 g/L.

• La densité de l’eau est égale à 1.

• À 1 atm, la température de fusion de l’eau est de 0 °C et sa température d’ébullition est de 100 °C.

📖 3. Chromatographie sur couche mince

🔑 Notions clés & Définitions

• Rapport frontal : Pour une espèce chimique et un éluant donnés, le quotient de la distance parcourue par l’espèce par celle parcourue par le front de solvant, mesurées depuis le même dépôt.

★ À maîtriser

• En chromatographie sur couche mince, les constituants du mélange sont déposés sur une plaque de silice avec des solutions de référence, puis un éluant monte par capillarité et les entraîne à des vitesses différentes.

• La CCM permet de séparer et d’identifier les constituants d’un mélange avec une faible quantité de produit.

📐 Formule - L’écart relatif entre deux rapports frontaux est calculé par $E\% = \frac{|R_{f1}-R_{f2}|}{R_{f2}} \times 100$.

📌 Deux rapports frontaux sont considérés égaux jusqu’à 10 % d’écart, avec certitude jusqu’à 5 % ; au-delà de 10 %, ils sont différents et les espèces ne correspondent pas.

• La CCM proposée vise à séparer et identifier les deux espèces chimiques principales du Claradol® : le paracétamol et la caféine.

Compléments

• En CCM, plus une espèce chimique est soluble dans l’éluant, plus elle est rapidement entraînée vers le haut de la plaque.

• Les taches de CCM peuvent être rendues visibles par un révélateur adapté, par exemple une lampe UV, et le résultat obtenu est appelé chromatogramme.

📐 Formule - Le rapport frontal est calculé par $R_f = \frac{\text{distance parcourue par l’espèce}}{\text{distance parcourue par le front de solvant}}$ et est sans unité.

• L’éluant de la CCM est un mélange d’acide méthanoïque, de cyclohexane et d’éthanoate d’éthyle.

• Pour préparer les échantillons de référence et le Claradol® pour la CCM, on introduit une pointe de spatule dans un tube contenant 1 mL d’éthanol, puis on bouche et on secoue.

📌 L’éluant doit être manipulé sous la hotte et le couvercle de la cuve d’élution doit être remis rapidement.

💡 Astuce mémo

Dépôt → migration → révélation → comparaison des rapports frontaux.

📖 4. Concentration des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Obtenue par dissolution d’une espèce chimique dans un solvant, et l’espèce dissoute est appelée soluté.
• Concentration massique : La masse de cette espèce dissoute par litre de solution, exprimée en g/L.
• Solubilité : La concentration maximale en espèce chimique qu’une solution peut atteindre avant d’être saturée.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration massique est donnée par $C_m = \frac{m_s}{V}$, où $m_s$ est la masse de soluté en grammes et $V$ le volume de solution en litres.

Compléments

• Une solution dont le solvant est l’eau est dite aqueuse.

📐 Formule - Le titre massique est calculé par $t\% = \frac{m_s}{m_{\text{solution}}} \times 100$.

📌 La concentration massique rapporte la masse de soluté au volume de solution, tandis que la masse volumique rapporte la masse du corps au volume qu’il occupe.

• Une solution saturée ne peut plus dissoudre de soluté et constitue un mélange homogène.

• Dans l’eau à 20 °C, la solubilité du chlorure de sodium NaCl est de 330 g/L.

• La solubilité dépend de la température et, pour les gaz, de la pression.

💡 Astuce mémo

Concentration massique : masse de soluté par volume de solution ; masse volumique : masse totale par volume.

📖 5. Préparation et dilution des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Dilution : Ajouter du solvant à une solution mère pour préparer une solution fille moins concentrée.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse de soluté à peser pour préparer une solution par dissolution est donnée par $m_s = C_m V$.

• 🔄 La préparation par dissolution suit ces étapes :
  1. Peser le soluté.
  2. L’introduire dans une fiole jaugée avec un fond de solvant.
  3. Compléter avec du solvant jusqu’au trait de jauge.
  4. Homogénéiser.

📐 Formule - Lors d’une dilution, la masse de soluté est conservée et $C_{m,\text{fille}}V_{\text{fille}} = C_{m,\text{mère}}V_{\text{mère}}$.

Compléments

• Pour préparer 100 mL d’une solution de concentration massique 8,0 g/L, il faut peser 0,80 g de soluté.

📐 Formule - Le volume de solution mère à prélever est $V_{\text{mère}} = \frac{C_{m,\text{fille}}V_{\text{fille}}}{C_{m,\text{mère}}}$.

📐 Formule - Le facteur de dilution est $F = \frac{C_{m,\text{mère}}}{C_{m,\text{fille}}}$ et le volume mère vérifie $V_{\text{mère}} = \frac{V_{\text{fille}}}{F}$.

💡 Astuce mémo

Dissolution : peser → dissoudre → compléter au trait → homogénéiser.

📖 6. Tests d’identification chimique

📝 Points essentiels

• Pour identifier le dioxyde de carbone, on agite de l’eau de chaux avec le gaz ; l’eau de chaux, initialement limpide, se trouble.

• Pour identifier le dioxygène, on introduit une bûchette incandescente dans le gaz ; sa flamme se ravive.

• Pour identifier le dihydrogène, on approche une allumette enflammée du gaz ; une détonation se fait entendre.

• Pour identifier l’eau, on dépose quelques gouttes sur du sulfate de cuivre anhydre blanc, qui devient bleu au contact de l’eau.

📖 7. Température de fusion

★ À maîtriser

• La température de fusion du paracétamol est de 170 °C.

• La température de fusion de l’acide acétylsalicylique est de 135 °C.

• 🔄 La mesure au banc Kofler se déroule ainsi :

  1. Déposer l’échantillon dans la zone froide du banc étalonné.
  2. Le faire glisser vers la zone chaude jusqu’à observer une partie fondue.
  3. Placer le curseur à la limite entre les parties liquide et solide.
  4. Lire la température de fusion.

Compléments

• La masse volumique du paracétamol est de 1,29 g·cm⁻³ et sa solubilité est de 14 g·L⁻¹ à 20 °C.

• La masse volumique de l’acide acétylsalicylique est de 1,40 g·cm⁻³ et sa solubilité est de 4,6 g·L⁻¹ à 25 °C.

💡 Astuce mémo

Étalonner, déposer à froid, faire glisser vers le chaud, repérer la fusion, lire la température.

📖 8. Composition massique du Claradol

★ À maîtriser

📐 Formule - Le pourcentage massique d’une espèce dans un comprimé est égal à $\frac{m_{\text{espèce}}}{m_{\text{comprimé}}}\times 100$.

• Le calcul présenté donne une proportion massique de paracétamol de 500/650, soit un pourcentage massique de 77 %.

• Le calcul présenté donne une proportion massique de caféine de 50/650, soit un pourcentage massique de 7,8 %.

Compléments

• La masse d’un comprimé de Claradol® est de 0,65 g, soit 650 mg.

• La conclusion du calcul attribue 15 % de la masse du comprimé aux excipients.

📖 9. Préparation de solutions étalons

📝 Points essentiels

• Pour préparer une solution à partir d’un prélèvement, on prélève avec une pipette jaugée, on transfère dans une fiole jaugée avec un fond de solvant, puis on mélange.

• Les solutions B, C et D à préparer ont chacune un volume de 50 mL et des concentrations massiques respectives de 10 g·L⁻¹, 25 g·L⁻¹ et 40 g·L⁻¹.