Corps purs et mélanges
Corps purs et mélanges
Corps purs et mélanges
Introduction
La matière qui nous entoure est rarement constituée d'une seule espèce chimique. L'eau du robinet, l'air, le jus d'orange, le bronze… sont des mélanges. Comprendre la différence entre un corps pur et un mélange est le point de départ de toute étude en chimie.
Espèce chimique
Définition
Une espèce chimique est un ensemble d'entités chimiques (atomes, ions ou molécules) identiques. Chaque espèce chimique possède un nom, une formule et des propriétés physico-chimiques qui la caractérisent.
Exemples : l'eau $H_2O$, le glucose $C_6H_{12}O_6$, le dioxygène $O_2$, le chlorure de sodium $NaCl$.
Espèces naturelles et synthétiques
- Une espèce naturelle est produite par la nature (ex : caféine dans le café, vitamine C dans le citron).
- Une espèce synthétique est fabriquée par l'Homme en laboratoire ou en industrie.
Point clé : une espèce synthétique peut être identique à l'espèce naturelle correspondante (même formule, mêmes propriétés). Le paracétamol synthétique est la même molécule que celle qui pourrait exister dans la nature.
Corps pur
Définition
Un corps pur est un échantillon de matière constitué d'une seule espèce chimique.
Corps pur simple et composé
| Type | Définition | Exemples |
|---|---|---|
| Corps pur simple | Constitué d'atomes d'un seul élément chimique | $O_2$ (dioxygène), $Fe$ (fer), $N_2$ (diazote) |
| Corps pur composé | Constitué de molécules formées de plusieurs éléments chimiques | $H_2O$ (eau), $CO_2$ (dioxyde de carbone), $H_2O$0 |
Remarque : l'eau distillée est un corps pur ; l'eau minérale est un mélange (elle contient des ions dissous).
Mélanges
Définition
Un mélange est un échantillon de matière constitué de plusieurs espèces chimiques.
Mélange homogène et hétérogène
| Type | Caractéristique | Exemples |
|---|---|---|
| Mélange homogène | On ne distingue qu'une seule phase : l'aspect est uniforme, même au microscope | Eau salée, air, vinaigre, sirop dilué |
| Mélange hétérogène | On distingue au moins deux phases à l'œil nu ou au microscope | Eau + huile, jus d'orange avec pulpe, sable + eau |
Attention : un mélange homogène n'est pas un corps pur. L'eau sucrée semble pure visuellement, mais elle contient deux espèces chimiques (eau et saccharose).
Composition de l'air
L'air est un mélange homogène de gaz :
| Gaz | Formule | Proportion volumique |
|---|---|---|
| Diazote | $H_2O$1 | $H_2O$2 |
| Dioxygène | $H_2O$3 | $H_2O$4 |
| Argon | $H_2O$5 | $H_2O$6 |
| Dioxyde de carbone | $H_2O$7 | $H_2O$8 |
| Autres gaz | — | traces |
Techniques de séparation
Pour isoler les espèces chimiques d'un mélange, on exploite les différences de propriétés physiques :
Décantation
On laisse reposer un mélange hétérogène liquide/liquide ou solide/liquide. La composante la plus dense se dépose au fond par gravité.
Exemple : eau + sable → le sable se dépose au fond du récipient.
Filtration
On fait passer un mélange hétérogène solide/liquide à travers un filtre (papier filtre, membrane). Le solide est retenu (résidu), le liquide passe (filtrat).
Distillation
On chauffe un mélange homogène liquide. L'espèce chimique ayant la température d'ébullition la plus basse s'évapore en premier, puis se condense dans un réfrigérant. On recueille le distillat.
Exemple : distillation d'eau salée → on récupère de l'eau pure (distillat) et le sel reste dans le ballon.
Chromatographie sur couche mince (CCM)
Technique permettant de séparer et identifier les espèces chimiques d'un mélange. Un échantillon est déposé sur une plaque de silice (phase fixe) et entraîné par un solvant (phase mobile, l'éluant).
Chaque espèce chimique migre à une hauteur caractéristique. On définit le rapport frontal :
$$R_f = \frac{h}{H}$$
- $H_2O$9 : distance parcourue par l'espèce
- $C_6H_{12}O_6$0 : distance parcourue par le front du solvant
Interprétation : deux espèces chimiques identiques ont le même $C_6H_{12}O_6$1 dans les mêmes conditions expérimentales.
À retenir
- Un corps pur = une seule espèce chimique ; un mélange = plusieurs espèces chimiques.
- Un mélange homogène présente un aspect uniforme (une seule phase) ; un mélange hétérogène présente plusieurs phases visibles.
- On sépare les mélanges par décantation, filtration, distillation ou chromatographie.
- La CCM permet d'identifier une espèce chimique grâce à son rapport frontal $C_6H_{12}O_6$2.