Corps purs et mélanges au quotidien

Espèces chimiques et corps purs

Une espèce chimique à l'échelle macroscopique est constituée d'un grand nombre d'entités chimiques identiques (atomes, molécules, ions) à l'échelle microscopique.

Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique et un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques.

Types de mélanges

On distingue les mélanges homogènes (les constituants ne se distinguent pas à l'œil nu) et les mélanges hétérogènes.

Deux liquides sont miscibles s'ils forment un mélange homogène. L'air est un mélange constitué de 78 % de diazote, 21 % de dioxygène et 1 % d'autres gaz.

Proportions dans un mélange

La proportion en masse d'une espèce $\rm E$ dans un mélange est $\rm \displaystyle \frac{m(E)}{m_{totale}}$ avec $\rm m(E)$ et $\rm m_{totale}$ exprimées dans la même unité.

La proportion en volume d'une espèce $\rm E$ dans un mélange est $\rm \displaystyle \frac{V(E)}{V_{totale}}$ avec $\rm V(E)$ et $\rm V_{total}$ exprimées dans la même unité.

Si ces rapports sont exprimés en %, on parle de pourcentage massique et pourcentage volumique.

Exemple

$\rm \displaystyle P_m (E) = \frac{m(E)}{m_{totale}} \times 100$

Identification d'un corps pur

On peut identifier un corps pur grâce à :

Propriétés physiques

• Sa masse volumique $\rho$, en $\rm g.L^{-1}$ sachant que la masse volumique est caractéristique d'une espèce : $\rm \rho = \dfrac{m}{V}$ avec $\rm m$ masse de l'espèce en g et $\rm V$ volume de l'espèce en L.
• Sa densité sans unité : $\rm \displaystyle d_{corps} = \frac{\rho_{corps}}{\rho_{eau}}$ avec $\rho_{eau} = 1 \rm ~kg.L^{-1} = 1~g.mL^{-1}$.

Tests de reconnaissance

• Test de reconnaissance de l'eau : le sulfate de cuivre anhydre (blanc) devient bleu en présence d'eau.
• Test de reconnaissance du dioxyde de carbone : L'eau de chaux se trouble (blanchit) en présence de dioxyde de carbone.
• Test du gaz dihydrogène : une allumette enflammée placée à l'orifice d'un tube contenant du dihydrogène provoque une légère détonation.
• Test du gaz dioxygène : ce gaz ravive ou rallume une bûchette présentant un point d'incandescence.

Changement d'état

• Un changement d'état à température constante

Chromatographie sur couche mince (CCM)

On peut aussi réaliser une chromatographie sur couche mince (CCM) qui permet de séparer et d'identifier des espèces chimiques.

Exemple d'interprétation CCM

$\rm V$ a une tache à la même hauteur que $\rm J$ donc $\rm V$ contient $\rm J$. De même, $\rm V$ contient $\rm B$. $\rm V$ est un mélange (2 taches).

EN RÉSUMÉ

Objectif

Déterminer la concentration d'une espèce chimique dans une solution par des méthodes expérimentales précises.

Pourquoi c'est important ?

• Permet de contrôler la composition des solutions dans l'industrie, la pharmacie, l'environnement…
• Essentiel en laboratoire pour vérifier des concentrations (ex : dosage d'un acide, mesure de la dureté de l'eau).
• Méthode rapide et précise pour obtenir une valeur quantitative.

Petit rappel

• Dosage : méthode permettant de déterminer la quantité ou la concentration d'une espèce chimique dans un mélange.
• Titrage : type de dosage basé sur une réaction chimique entre la solution à analyser et une solution de concentration connue (solution titrante).
• Un titrage peut être direct (réaction simple) ou par étalonnage (comparaison avec une courbe).

🪜 Les étapes pour assurer

1. Principe du titrage direct

Étape 1 : On introduit la solution à analyser dans un bécher ou erlenmeyer.

Étape 2 : On ajoute goutte à goutte la solution titrante (concentration connue) à l'aide d'une burette.

Étape 3 : On observe un changement mesurable (virage de couleur avec un indicateur, ou suivi pH/conductivité).

Étape 4 : On s'arrête au point d'équivalence : moment où les réactifs ont réagi dans les proportions exactes.

2. Relation au point d'équivalence

Si la réaction est :

$$aA + bB \longrightarrow \mathrm{produits}$$

Alors au point d'équivalence :

$$\dfrac{n_A}{a} = \dfrac{n_B}{b}$$

Et :

$$\dfrac{C_A \cdot V_A}{a} = \dfrac{C_B \cdot V_B}{b}$$

Où :

• $C$ : concentration en $\mathrm{mol.L^{-1}}$
• $V$ : volume en $\mathrm{L}$

3. Types de suivi

Exemple

Dosage acide / base

On titre $25 \mathrm{~mL} = 0,025 \mathrm{~L}$ d'acide chlorhydrique ($C_A$ inconnue) avec de la soude ($C_B = 0,1 \mathrm{~mol.L^{-1}}$).

Point d'équivalence $V_B = 12,5 \mathrm{~mL} = 0,0125 \mathrm{~L}$

Réaction :

$$\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} \longrightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}$$

Rapport stœchiométrique :

$$C_A \cdot V_A = C_B \cdot V_B \Rightarrow C_A = \dfrac{C_B \cdot V_B}{V_A} = \dfrac{0,1 \times 0,0125}{0,025} = 0,05 \mathrm{~mol.L^{-1}}$$

❌ On évite absolument

• Oublier de tenir compte du rapport stœchiométrique dans la formule.
• Lire un volume avec mauvaise précision (erreur expérimentale).
• Utiliser un indicateur avec une zone de virage mal adaptée.

✅ On valide

• Bien choisir l'indicateur ou la méthode de détection adaptée à la réaction.
• Exprimer tous les volumes en litres dans les calculs.
• Identifier clairement le point d'équivalence sur la courbe.

Le petit + à retenir