Mélanges et corps Purs

I-) Etats physiques et changement d’état

I-1-) Etats physiques de la matière

La matière (substance qui constitue les corps) se présente dans la nature sous trois états physiques différents : l’état solide, l’état liquide et l’état gazeux.

• les solides : ils  ont une forme propre. Exemples : bois, règle, glace etc. …
• Les liquides : ils coulent et prennent la forme du récipient qui les contient : ils n’ont pas de forme propre. La surface d’un liquide au repos (immobile) est plane et horizontale. Exemples : eau, huile, mercure, boisson etc. … 
• Les gaz : l’air qui nous entoure est un gaz. Un gaz s’échappe d’un récipient ouvert et occupe tout le volume qui lui est offert.

I-2-) Changement d’états physiques

• Définition

Le passage d’un état physique donné à un autre état physique est appelé : changement d’état.

• Diagramme de changement d’état

Remarque : un changement d’état physique s’effectue toujours à une température constante sous une pression donnée. 

I-3-) Transformation de la matière

• Phénomène physique

Un phénomène physique est une transformation au cours de laquelle la nature de la matière n’est pas altérée (détruite, faussée, dénaturée). 

Exemples : fusion de la glace, dilatation d’un mercure dans un thermomètre, la rosée...… 

• Phénomène chimique

Un phénomène chimique est une transformation au cours de laquelle la nature de la matière est altérée. 

Exemples : feuille de papier brûlé, combustion  d’une bougie

II-) Mélanges

II-1-) Définition

Un mélange est un ensemble de deux ou plusieurs substances dont chacun garde ces mêmes propriétés physiques et chimiques. 

II-1-) Mélange homogène

Un mélange homogène est un mélange dans lequel on ne peut pas distinguer à l’œil nu ses différents constituants.

Exemples : eau salée (loin des conditions de saturation) ; l’air (21% d’oxygène, 78% d’azote et 1% de gaz rares) 

II-2-) Mélange hétérogène

Un mélange est hétérogène lorsque à l’œil nu on peut distinguer ses différents constituants.

Exemples : sable + sucre ; huile  + eau

II-3-) Méthodes de séparation d’un mélange

Pour rendre limpides les eaux usées, celles des marigots, des puits, etc. On peut utiliser différents procédés de séparation que sont :

• La décantation

La décantation est une méthode de séparation liquide-solide basée sur la différence de densités des corps. Elle consiste à laisser le mélange au repos, les particules solides lourdes se déposent lentement au fond. En versant (transvaser) avec précaution, on peut séparer le liquide de ces particules. 

Remarques : l’eau décanter est un mélange hétérogène non pur car elle contient des particules légères. 

• La filtration

La filtration est une méthode de séparation basée sur la différence de la grosseur des particules. Elle consiste à verser le mélange liquide (eau décantée) dans un filtre en papier placé sur un entonnoir. On recueille, après traversée du filtre, un liquide limpide, c’est le filtrat.

Remarque : le filtrat est un mélange homogène non pur car elle contient des particules finement divisées.

• La distillation

La distillation est une méthode de séparation basée sur la différence de températures d’ébullition (température à laquelle bout un corps) des différents constituants. Elle consiste à chauffer le mélange homogène jusqu’à l’ébullition dans un ballon. La vapeur obtenue est conduite dans un réfrigérant (refroidie par un courant d’eau) où elle se liquéfie. Le liquide recueilli à la sortie du réfrigérant est appelé distillat. 

Remarque : seul le corps dont on atteint sa température d’ébullition est recueilli : ce corps est pur. La distillation n’est possible que lorsque les corps ont des différences de  température d’ébullition supérieures où égale à 3°C.

• La congélation

C’est une méthode basée sur la différence de température de cristallisation (température à laquelle un corps se congèle). Le corps dont sa température d’ébullition est plus grande est récupéré le premier sous forme de cristaux. 

III-) Corps purs

III-1-) Définition

U quelconque méthode de séparation ; c'est-à-dire toutes parties d’un corps pur sont identiques. 

III-2-) Critères de pureté

• un corps pur à une masse volumique constante () : 

ρ_eau = 1000g/L ;  ρ_Fer = 7,86 g/L

• un corps pur a une température de cristallisation constante :

 θ_c (eau) = 0°C ; θ_c(Or) = 1068°C.

• un corps pur a une température d’ébullition constante : 

θ_e(eau) = 100°C ; θ_e(benzène) = 80°C.

IV-) Analyse et synthèse de l’eau

IV-1-) Analyse de l’eau

• Définition

Analyser un corps revient à chercher ses constituants par une méthode appropriée.

• Dispositif expérimental

Un électrolyseur contenant une solution sodée (eau + soude) est relié aux bornes d’un générateur. Dès qu’on ferme le circuit, des bulles de gaz se dégagent aux électrodes et montent dans les éprouvettes.  

Un corps pur est un corps qu’on ne peut pas fractionner par une

• A la cathode ; l’électrode relié au pôle négatif : il se dégage un gaz qui brûle avec une faible détonation ou explosion : c’est le dihydrogène.
• A l’anode ; l’électrode relié au pôle positif : il se dégage un gaz qui entretient la combustion.
• Le volume de dihydrogène est le  double du volume de dioxygène :

 V_H = 2 V_O

Conclusion : l’élément hydrogène et l’élément oxygène sont deux constituants de l’eau.

Relation importante : eau → dihydrogène + dioxygène

  18g                  2 g                16 g

IV-2-) Synthèse de l’eau

• Définition

Faire la synthèse de l’eau c’est reconstituer l’eau à partir de ses différents constituants ; soit à partir d’autres corps.

• Dispositif expérimental

Si on mélange dans un eudiomètre du dihydrogène et du dioxygène tel que V_H soit le double de V_O, dès que l’étincelle passe il se produit une explosion suivie de la formation de gouttelettes d’eau. Donc l’eau est reconstituée à partir de l’élément hydrogène et de l’élément oxygène. 

• Conclusion

L’analyse et la synthèse de l’eau montrent que l’élément hydrogène et l’élément oxygène sont les deux constituants de l’eau. L’eau est un corps pur composé alors que le dihydrogène et le dioxygène sont des corps purs simples.