Fiche de révision : Corps purs et mélanges

1 - Corps purs et mélanges

A - Corps purs

Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique, c’est-à-dire un ensemble d’entités identiques (atomes, ions ou molécules) pouvant exister sous les trois états : solide, liquide ou gazeux.

Exemples :

• Corps purs moléculaires :
  • Solide : NaCl (chlorure de sodium)
  • Liquide : H₂O (eau)
  • Gazeux : O₂ (dioxygène)
• Corps purs atomiques :
  • Solide : C (carbone)
  • Gazeux : He (hélium)

B - Mélanges

Un mélange est constitué d’au moins deux espèces chimiques différentes.

Exemples :

• Eau de mer : eau + sel + autres substances
• Air : O₂ + N₂
• Chocolat en poudre : cacao + sucre + autres composants

Proportions dans un mélange

• Proportion massique d'une espèce E :

\frac{m(E)}{m_{\text{tot}}}

où m(E) est la masse de l’espèce et m_{\text{tot}} la masse totale du mélange.

• Exemple :
  La pièce de 10 centimes d’euro a une masse totale de 4,14 g et contient 98 % de cuivre.
  La masse de cuivre est donc :

m(\mathrm{Cu}) = \frac{98}{100} \times 4,14 = 3,7 \mathrm{g}

• Proportion volumique d'une espèce E :

\frac{V(E)}{V_{\text{tot}}}

où V(E) est le volume de l’espèce et V_{\text{tot}} le volume total du mélange.

• Exemple :
  L’air contient environ 78 % de diazote, 21 % de dioxygène et 1 % d’autres gaz en volume.
  Pour 10 L d’air :

[Contenu mathématique]

Homogénéité d’un mélange

• Mélange homogène : On ne peut pas distinguer les constituants à l’œil nu après agitation.
  Exemples : eau minérale plate, chocolat au lait.
• Mélange hétérogène : On peut distinguer au moins deux constituants à l’œil nu après agitation.
  Exemples : coca, eau boueuse.

Miscibilité

• Deux liquides sont miscibles s’ils forment un mélange homogène.
  Exemple : sirop et eau.
• Deux liquides sont non miscibles s’ils forment un mélange hétérogène.
  Exemple : huile et eau, nappe d’hydrocarbures sur l’océan.

2 - Identification d’espèces chimiques

A - Par des grandeurs physiques

Chaque espèce chimique possède des caractéristiques physiques propres qui permettent son identification, notamment :

• Températures de changement d’état
  Un corps pur change d’état à température constante pour une pression donnée.
  • Pour l’eau pure :
    • Température de fusion : 0 °C
    • Température de vaporisation : 100 °C (à 1 013 hPa)
  • On peut mesurer la température de fusion (pour un solide) avec un banc Kofler ou la température de vaporisation (pour un liquide) avec un thermomètre. Attention : ne pas confondre fusion et dissolution.
    Exemple : le sucre se dissout dans l’eau à température ambiante, mais fond à 186 °C.
• Masse volumique (ρ)
  ************La masse volumique est le rapport de la masse ********m d’un échantillon par son volume V :

\rho = \frac{m}{V}

avec ρ en g·L⁻¹, m en g, V en L.

• Unité SI : kg·m⁻³, mais on utilise souvent g·L⁻¹ ou g·mL⁻¹.
• Exemple : \rho_{\text{eau liquide}} = 1,00 \mathrm{g.cm}^{-3} = 1,00 \mathrm{kg.L}^{-1} \rho_{\text{eau solide}} = 0,92 \mathrm{g.cm}^{-3} \rho_{\text{air}} = 1,3 \mathrm{g.L}^{-1}
• Densité (d)
  Grandeur sans unité définie par :

d = \frac{\rho}{\rho_{\text{eau}}} \quad \text{(pour un liquide ou solide)}

d = \frac{\rho}{\rho_{\text{air}}} \quad \text{(pour un gaz)}

La densité permet de prévoir la position relative d’un corps non miscible par rapport à l’eau (flotte ou coule).

• Exemple : densité du monoxyde de carbone d_{\mathrm{CO}} = 0,97, plus léger que l’air, d’où la nécessité de placer les détecteurs de CO au plafond.

B - Par des tests chimiques

Une espèce chimique peut être identifiée par un test chimique, qui met en jeu une transformation chimique caractéristique et visible (ou sonore).

Exemples de tests :

C - Par chromatographie sur couche mince (CCM)

La CCM permet de séparer et d’identifier les espèces chimiques d’un mélange.

• Le mélange est entraîné par une phase mobile (l’éluant) qui monte par capillarité dans une phase fixe (papier ou silice).
• Chaque espèce migre selon une distance caractéristique, identique qu’elle soit pure ou dans un mélange.
• Les espèces incolores sont révélées sous lampe UV ou par un révélateur chimique (vapeur de diiode, permanganate de potassium…).
• Le résultat, appelé chromatogramme, permet d’identifier qualitativement les espèces présentes.

Résumé schématique

[Diagramme]

Citation :
"Un corps pur est composé d'une seule espèce chimique."
"La proportion, en masse, d'une espèce E dans un mélange est le quotient de la masse m(E) de cette espèce par la masse totale m_{\text {tot }} du mélange"
"Un changement d'état d'un corps pur se fait à température constante pour une pression donnée."
**********@docchap-1-corps-purs-et-melanges.pdf