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Physique-Chimie 2de

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Chapitre 1


Cours




3
Identification d’espèces chimiques

Éviter les erreurs

Attention à ne pas confondre les notions de solubilité (capacité à se dissoudre dans un solvant) et miscibilité (deux corps miscibles forment un mélange homogène).

Il faut connaître plusieurs propriétés physiques concordantes pour identifier une espèce chimique.

A
Identification par les propriétés physiques

On peut identifier une espèce chimique par ses caractéristiques physiques (aspect, couleur), mais surtout par ses propriétés physiques.

Retrouvez les changements d'état et l'identification des espèces chimiques en vidéo .

Pour identifier une espèce chimique, il faut comparer ses propriétés physiques à celles qui sont référencées (voir l’énoncé, les fiches de sécurité du NIOSH, le livre Handbook of Chemistry ou Wikipedia).

Exemple : pour déterminer expérimentalement la température d’ébullition, de fusion, la masse volumique ou la solubilité dans un solvant, on compare la valeur obtenue avec celles fournies dans les tables de référence.

Pas de malentendu

Un test chimique permet de savoir si une espèce chimique est présente dans un mélange, mais le test peut parfois être négatif alors que l’espèce est présente en trop petite quantité (donc indétectable).

B
Identification par des tests chimiques

Il existe des tests chimiques qui permettent de reconnaître la présence de certaines espèces chimiques.

Pour identifier une espèce chimique, on peut réaliser des tests chimiques.

Exemples de tests chimiques :

Identification par des tests chimiques

Retrouvez tout les tests chimiques standards ici.

Vocabulaire

  • Précipité : solide à l’aspect gélatineux.

Données

Valeurs de solubilité de quelques espèces chimiques dans différents solvants :
  • Acide benzoïque à 25 °C :
  • Dans l'eau : ss(acide benzoïque) = 2,4 g·L-1;
  • L'éthanol : ss(acide benzoïque) = 43 g·L-1 ;
  • Sulfate de cuivre dans l’eau :
  • À 25 °C : ss(CuSO4\text{Cu}\text{SO}_4) = 317 g·L‑1 ;
  • À 100 °C : ss(CuSO4\text{Cu}\text{SO}_4) = 2 033 g·L‑1.

Doc. 5
Une poudre inconnue

Impossible d’identifier cette poudre blanche en la regardant : il faut effectuer des tests, et déterminer ses propriétés physiques pour l’identifier.
Poudre blanche

1
Corps purs et mélanges


A
Espèces chimiques

La matière est constituée d’entités chimiques (molécules, atomes, ions).

Une espèce chimique est un ensemble d’entités chimiques identiques.

Une espèce chimique est caractérisée par sa formule, son aspect physique (état physique à température ambiante, couleur, odeur, etc.) et ses propriétés physiques (température de fusion, d’ébullition, masse volumique, indice de réfraction, etc.) et ses propriétés chimiques.

Exemples d’espèces chimiques : l’eau, l’acide acétique, le cuivre, le chlorure de sodium.

Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques différentes.


Doc. 2
Le thé

Le thé est un mélange homogène, constitué de très nombreuses espèces chimiques : eau, caféine, acides aminés, minéraux, etc.

Tasse de thé

Doc. 3
Un mélange hétérogène

Un mélange hétérogène

Vocabulaire

  • Corps pur simple élémentaire : corps pur constitué d’atomes isolés (ex : le fer, le cuivre).
  • Corps pur simple moléculaire : corps pur constitué de molécules, constituées d’un seul type d’atomes (ex : dihydrogène, dioxygène, dichlore).

B
Corps purs simples et corps purs composés

Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique.

On distingue deux types de corps purs : les corps purs simples et les corps purs composés.

Un corps pur simple est constitué d’un seul type d’atomes.

Exemple : l’argent AgAg, le charbon CC, le dioxygène OO2.

Un corps pur composé est un corps pur qui est constitué de plusieurs types d’atomes. Ces atomes différents restent dans des proportions bien définies dans le corps pur considéré.

Exemples : l’eau H2O\text{H}_{2}\text{O}, l’éthanol C2H6O\text{C}_{2}\text{H}_6\text{O}, le sel ((Na\text{Na}+; Cl\text{Cl}- ) : chlorure de sodium).

Éviter les erreurs

Attention à ne pas confondre espèce chimique et entité chimique.
Une espèce artificielle est forcément une espèce synthétique puisque, par définition, elle n'existe pas dans la nature mais se fabrique en laboratoire.

Pas de malentendu

Un mélange peut sembler homogène à l’œil nu et être hétérogène si on l’observe au microscope.

Doc. 1
L’acide salicylique

Feuille de Saule

Une feuille de saule est constituée de molécules diverses (eau, pectine, cellulose, lignine, etc.) et d’ions (calcium, potassium, sodium, etc.).

On peut extraire l’acide salicylique des feuilles de saule pour réaliser la synthèse de l’aspirine. L’acide salicylique est une espèce chimique d’origine naturelle que l’on synthétise aussi en laboratoire.

C
Mélanges homogènes et hétérogènes

Lorsque plusieurs espèces chimiques sont mélangées, elles peuvent former deux types de mélanges : un mélange homogène ou hétérogène.

Un mélange homogène est constitué d’une seule phase.

Exemple : l’acier est un mélange homogène de carbone et de fer. C’est un alliage. Le thé (doc. 2) est aussi un mélange homogène.

Des liquides sont miscibles lorsqu’ils se mélangent l’un avec l’autre pour former un mélange homogène.

Exemple : l’eau et l’éthanol sont deux liquides miscibles en toutes proportions ; ils forment un mélange homogène et il est alors impossible de distinguer l'un de l'autre dans la solution résultante.

Un mélange hétérogène est constitué de plusieurs phases (solide, liquide, gaz), c’est-à-dire plusieurs corps que l’on peut distinguer.

Exemple : l’eau et le fer en poudre forment un mélange hétérogène.

Des liquides ne sont pas miscibles lorsqu’ils forment un mélange hétérogène, constitué de plusieurs phases distinctes (doc. 3).

2
Propriétés physiques des espèces chimiques

Vocabulaire

  • Condensation liquide : autre appellation du passage de l’état gazeux à l’état liquide.
  • Composition massique d’un mélange : répartition en masse des espèces chimiques contenues dans un mélange. Elle s’exprime généralement en pourcentage.
  • Solution saturée : se dit d’une solution qui contient la masse maximale de soluté que l’on peut y dissoudre.

C
Solubilité

La solubilité s (exprimée en g·L-1) d’une espèce chimique (solide, liquide ou gaz) correspond à la masse maximale de cette espèce que l’on peut dissoudre dans un litre de solvant (généralement de l’eau).

La solubilité dépend de la température et de la nature du solvant.

A
Masse volumique et densité

Une espèce chimique est caractérisée par sa masse volumique, ou par sa densité, qui dépend de son état physique.

Selon son état physique, la masse volumique d'un échantillon peut considérablement varier.

La masse volumique ρ\rho d’un échantillon de matière est une grandeur égale au quotient de sa masse mm par le volume VV qu’il occupe. Elle est donc définie par la relation : ρ=mV\rho=\dfrac{m}{V}.

Dans cette expression, la masse s’exprime en gramme (g), le volume en centimètre cube (cm3) et la masse volumique en gramme par centimètre cube (g·cm-3).

La densité est une grandeur sans unité. La densité d'un liquide ou d'un solide est égale au quotient de la masse volumique de l'échantillon par la masse volumique de l’eau.

La densité est donc définie par la relation : d=ρρ eau \bf{d=\dfrac{\rho}{\rho_{\text { eau }}}}
Dans cette relation, les masses volumiques doivent être exprimées dans la même unité.

B
Température de changement d’état

Le passage de la matière d’un état à un autre (solide, liquide ou gazeux) est appelé changement d’état. Pour un corps pur, il se produit à une température donnée, qui dépend de l'espèce chimique constituant le corps pur.

Le passage de l’état solide à liquide (ou liquide à solide) se produit à la température de fusion, notée θf\theta_{\mathrm{f}}.

Le passage de l’état liquide à l’état gazeux (ou de gazeux à liquide) se produit à la température d’ébullition, notée θeˊb\theta_{\mathrm{éb}}.

Température de changement d’état

Données

Masses volumiques de quelques espèces chimiques, à θ\theta = 20 °C :
  • ρ\rho(eau liquide) = 1,00 g·cm-3 ;
  • ρ\rho(éthanol liquide) = 0,789 g·cm-3 ;
  • ρ\rho(eau solide) = 0,92 g·cm-3 à θ\theta = 0 °C.

Pas de malentendu

L’évaporation est un phénomène qui se produit à la surface d’un échantillon (solide ou liquide), à n’importe quelle température et qu’il ne faut pas confondre avec l’ébullition, qui se produit à une température donnée, et qui concerne l’ensemble de l’échantillon.

Éviter les erreurs

Attention à ne pas confondre la masse volumique et la densité !
On exprime parfois la masse volumique dans d’autres unités (g·mL-1, kg·m-3).
Ne pas oublier que la masse volumique dépend de la température et de l’état physique.

Doc. 4
Densité et flottaison

La densité d’un échantillon permet de savoir s’il coule ou s’il flotte dans l’eau. Un échantillon, non miscible, dont la densité est supérieure à 1 coule dans l’eau. Un échantillon, non misible, dont la densité est inférieure à 1 flotte dans l’eau.
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