Cours : identifier une espèce chimique

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Corps pur et mélange

Corps pur

Un corps pur est constitué d’une seule entité chimique :

  • sous forme atomique : exemple de l'or (Au) pur
  • sous forme moléculaire : exemple du chlorure de sodium (NaCl) qui est un sel

Mélange

 Un mélange peut être homogène si on ne distingue qu’une espèce (eau salée), hétérogène si on en distingue plusieurs (grains de sable dans de l'eau).


L'air est un mélange qui contient environ 80% de diazote (N2) et 20% de dioxygène (O2).


On peut calculer le pourcentage massique d'une espèce A dans un mélange : \boxed {P(A) = 100 \times \frac{m_A}{m}}


Exemple : Dans une barre d'acier de 200 g il y a 198 g de fer et 2 g de carbone. Le pourcentage massique de fer vaut :

P(carbone) = 100 \times \frac{m_{carbone}}{m_{acier}} = 100 \times \frac{2}{200} = 1 \%

Identifier une espèce chimique

Tests chimiques

Ces tests sont des réactions chimiques qui donnent un résultat caractéristique.

Exemples : le sulfate de cuivre anhydre devient bleu en présence d'eau, le dihydrogène fait "POP !" à la flamme, le dioxygène pur rallume un bout de bois incandescent, le dioxyde de carbone trouble l'eau de chaux, etc.

Propriétés physiques

Chaque espèce chimique a des caractéristiques physiques particulières qui permettent de l'identifier

Exemples : l'eau pure se solidifie à 0°C, le cuivre fond à 1085°C, la masse volumique de l'eau pure vaut 1g/mL etc. 

Température de fusion

Les températures de changement d'état des corps purs sont connues.


Le banc Kofler est constitué d'une plaque chauffante dont la température croit régulièrement d'un bout à l'autre (de 50°C à 250°C environ). En plaçant un solide on peut voir à quelle température il fond puis la comparer à la température théorique de fusion.


Exemple : Sur la photo on mesure une température de fusion de 136°C qui permet de confirmer que la poudre est bien de l'aspirine.

banc Kofler

Masse volumique

La masse volumique des corps purs est connue et s'exprime en g/L (ou kg/m3).


On peut donc, en la calculant pour un échantillon donné, identifier la nature de l'échantillon.

\boxed {\rho(A) = \frac{m_A}{V_A}}


Exemple : un morceau de métal de volume 50mL a une masse de 448g. Sa masse volumique vaut :

 \rho(métal) = \frac{448}{50} = 8,96 g/mL ce qui est la masse volumique du cuivre. Le morceau de métal est donc certainement en cuivre.

Température de changement d'état

Le changement d'état d'un corps pur se fait à température constante. Observer un palier de température lors du changement d'état permet de caractériser un corps pur.


Sur la courbe de gauche on voit un palier (l'eau est pure) mais pas sur celle de droite (c'est de l'eau salée).


courbe de solidification de l'eau et de l'eau salée

Chromatographie sur couche mince (CCM)

Cette technique permet de séparer les constituants d’un mélange et de les identifier.

L’éluant, en montant le long de la plaque, va entraîner les constituants à des vitesse différentes ce qui les sépare.


Pour un éluant donné, une espèce progressera toujours de la même façon.

CCM chromatographie sur couche mince

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