Différence entre mélange et corps pur
Différence entre mélange et corps pur
Un corps pur ne contient qu'une seule espèce chimique et possède des propriétés fixes (températures de changement d'état, masse volumique), alors qu'un mélange en contient plusieurs et ses propriétés dépendent de sa composition.
Objectifs
- Définir un corps pur (simple ou composé) et un mélange (homogène ou hétérogène).
- Utiliser les propriétés physiques (température de changement d'état, masse volumique) pour distinguer un corps pur d'un mélange.
- Calculer une masse volumique et un pourcentage massique.
- Interpréter une courbe de changement d'état (présence ou absence de palier).
1. Corps pur et mélange : les définitions
Une espèce chimique est un ensemble d'entités identiques (atomes, molécules ou ions). Par exemple, l'eau \(\ce{H2O}\) est une espèce chimique.
- Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique.
- Corps pur simple : son entité ne contient qu'un seul type d'atome, par exemple le dioxygène \(\ce{O2}\), le fer \(\ce{Fe}\).
- Corps pur composé : son entité contient plusieurs types d'atomes, par exemple l'eau \(\ce{H2O}\), le dioxyde de carbone \(\ce{CO2}\).
- Un mélange est constitué d'au moins deux espèces chimiques.
- Mélange homogène : on ne distingue pas ses constituants à l'œil nu (eau sucrée, air filtré, eau minérale).
- Mélange hétérogène : on distingue au moins deux phases à l'œil nu (eau et huile, eau boueuse, sable et sel).
flowchart TD A[Matière] --> B[Corps pur] A --> C[Mélange] B --> D[Corps pur simple] B --> E[Corps pur composé] C --> F[Mélange homogène] C --> G[Mélange hétérogène]
Place toi-même les quatre noms sur le schéma ci-dessous, qui montre les entités vues au microscope imaginaire (bleu et rouge : deux types d'atomes ; noir : une autre espèce).
L'eau minérale vendue en bouteille à Abidjan est :
Le diazote \(\ce{N2}\) est :
2. Distinguer par les températures de changement d'état
Un corps pur change d'état à une température fixe (à pression donnée) : pendant tout le changement d'état, la température reste constante. Sur la courbe, cela donne un palier. Sous la pression atmosphérique normale, l'eau pure fond à \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\) et bout à \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\).
Pour un mélange, la température varie pendant le changement d'état : en général, il n'y a pas de palier net.
L'eau pure chauffe jusqu'à 100 °C, puis la température reste constante pendant toute l'ébullition : c'est le palier d'un corps pur.
L'eau salée commence à bouillir un peu au-dessus de 100 °C et sa température continue de monter pendant l'ébullition : pas de palier, c'est un mélange.
Exemple résolu
Awa chauffe un liquide incolore et relève sa température toutes les minutes : 25, 45, 65, 78, 78, 78, 78 (en \(^{\circ}\mathrm{C}\)), puis le liquide a entièrement disparu. Ce liquide est-il un corps pur ? Cherche d'abord.
Voir la solution
La température reste constante à \(78\,^{\circ}\mathrm{C}\) pendant toute l'ébullition : on observe un palier. Le liquide se comporte comme un corps pur. Sa température d'ébullition, \(78\,^{\circ}\mathrm{C}\), correspond à celle de l'éthanol, ce qui permet de l'identifier (une seconde mesure, comme la masse volumique, confirmerait).
Sur une courbe de changement d'état, qu'est-ce qui indique un corps pur ?
3. Distinguer par la masse volumique
La masse volumique \(\rho\) d'une substance est le quotient de sa masse \(m\) par son volume \(V\) :
\[ \rho = \frac{m}{V} \]Elle s'exprime en \(\mathrm{g/mL}\), en \(\mathrm{g/cm^3}\) ou en \(\mathrm{kg/m^3}\). Pour un corps pur, à température donnée, c'est une valeur caractéristique : environ \(1{,}00\,\mathrm{g/mL}\) pour l'eau et \(0{,}79\,\mathrm{g/mL}\) pour l'éthanol à \(20\,^{\circ}\mathrm{C}\). Pour un mélange, elle dépend des proportions des constituants.
Le graphique trace la masse \(m\) en fonction du volume \(V\) : droite de l'eau (pente 1), droite de l'éthanol (pente 0,79) et une troisième droite dont tu règles la pente \(r\), c'est-à-dire la masse volumique d'un liquide inconnu. Règle \(r\) pour que la droite passe par le point \(V = 50\,\mathrm{mL}\), \(m = 39{,}5\,\mathrm{g}\).
Exemple résolu
Kofi verse \(50\,\mathrm{mL}\) d'un liquide inconnu dans une éprouvette ; la masse du liquide vaut \(39{,}5\,\mathrm{g}\). Quelle est sa masse volumique ? Peut-il s'agir d'eau ?
\(20\,\mathrm{mL}\) d'un liquide ont une masse de \(20{,}0\,\mathrm{g}\). Quelle est sa masse volumique ?
4. La composition d'un mélange
La composition d'un mélange peut s'exprimer par le pourcentage massique d'un constituant : la part de sa masse dans la masse totale du mélange.
\[ w = \frac{m_{\text{constituant}}}{m_{\text{mélange}}} \times 100 \]Un corps pur, lui, a une composition fixe : l'eau pure contient 100 % d'eau.
On peut aussi identifier un constituant par un test chimique. Par exemple, le sulfate de cuivre anhydre \(\ce{CuSO4}\), blanc, devient bleu en présence d'eau : il révèle la présence d'eau dans un mélange.
Exemple résolu
Fatou dissout \(15\,\mathrm{g}\) de sucre dans \(285\,\mathrm{g}\) d'eau pour préparer un jus. Quel est le pourcentage massique de sucre ?
On dissout \(10\,\mathrm{g}\) de sel dans \(190\,\mathrm{g}\) d'eau. Quel est le pourcentage massique de sel ?
Erreurs fréquentes
- Croire qu'une eau limpide est un corps pur : une eau peut être limpide et contenir des sels dissous (mélange homogène).
- Confondre corps pur composé et mélange : l'eau \(\ce{H2O}\) contient deux types d'atomes mais une seule espèce chimique, c'est un corps pur.
- Calculer \(\rho\) en multipliant la masse par le volume au lieu de diviser.
- Diviser par la masse du solvant au lieu de la masse du mélange dans le pourcentage massique.
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