Les différentes échelles
de description
de la matière
Échelle macroscopique
Échelle microscopique
À l’échelle microscopique,
on parle d’entités chimiques.
Exemple d'entités chimiques ?
- les atomes
- les molécules (assemblage d'atomes)
- les ions (entités électriquement chargées)
À l’échelle macro, on parle d’espèce chimique pour désigner une grande collection d’entités identiques.
Exemple : l'espèce chimique eau est constituée
d'une multitude de molécules d'eau.
L’échelle macroscopique sert à la description globale
d’un échantillon de matière.
Certaines grandeurs (une grandeur est quelque chose de mesurable) ne peuvent être définies
qu’à cette échelle macroscopique.
Exemples :
- la pression
- la température
- la masse volumique
Corps purs et mélanges
Un mélange est un échantillon de matière
constitué de plusieurs espèces chimiques,
par opposition à un corps pur
constitué d’une seule espèce chimique.
Un mélange est dit homogène
s’il ne présente qu’une seule phase
(pas de frontières).
Exemples ?
Un mélange est dit hétérogène
s’il présente plusieurs phases
(présence de frontières).
Exemples ?
Le lait est-il un mélange homogène ?
- Oui
- Non
- Ça dépend de l'échelle d'observation
La frontière entre mélange hétérogène ou homogène peut dépendre de l’échelle de description.
L’air est-il un corps pur ?
S'agit-il d'un mélange homogène ou hétérogène ?
- un corps pur
- un mélange homogène
- un mélange hétérogène
Quelle est la composition volumique
approximative de l’air ?
Identification
d’espèces chimiques
Pour identifier des espèces chimiques dans un échantillon de matière, on peut procéder à des mesures physiques ou à des tests chimiques.
Les tests chimiques à connaître :
Deux mesures physiques permettant
d’identifier une espèce chimique :
- mesure de la température
de changement d'état - la mesure de la masse volumique
Caractériser une espèce chimique par la mesure d’une température de changement d’état
Les températures de changement d’état comme la température de fusion et la température d’ébullition peuvent aider à identifier un corps pur
en comparant aux températures
répertoriées dans les tables.
Exemples avec quelques températures de fusion :
- eau : 0°C
- cyclohexane : 6°C
- fer : 1535°C
- ammoniac : -77°C
- aspirine : 135°C
La mesure de la température de changement d’état permet aussi de distinguer
un corps pur d’un mélange !
Que remarquez-vous ?
- la température de changement d'état d'un corps pur est fixe alors que celle d'un mélange est étalée
- la température de fusion est inférieure
pour le mélange
Pour les températures d’ébullition,
il faut faire attention à deux choses :
- Elles dépendent plus de la pression que les températures de fusion (l'eau bout à 85°C en haut du mont Blanc et à plus de 360°C à 2000m de profondeur dans l'océan).
- La température d'ébullition d'un mélange n'est pas systématiquement plus faible que celle d'un corps pur (un mélange d'eau et d'éthanol a une température d'ébullition plus faible que celle de l'eau pure mais pour de l'eau salée c'est le contraire).
En laboratoire, on peut utiliser le banc Kofler pour tenter d’identifier un solide et s’assurer de sa pureté.
Pourquoi ne met-il pas de gants ?
Un corps pur possède un point de fusion précis (moins de 1°C d’écart), alors qu’un produit comportant des impuretés aura un intervalle de fusion plus étalé,
et une température différente (inférieure)
de celle du corps pur.
Caractériser une espèce chimique
par la mesure de sa
masse volumique
La masse volumique $\rho$ d’un échantillon de matière est sa masse par unité de volume (on l’obtient en divisant sa masse par son volume).
Unité : $\pu{kg/m3}$
Conversions :
- 1 $\pu{kg/L}$ = 1 $\pu{kg/dm3}$ = $10^3$ $\pu{kg/m3}$
- 1 $\pu{kg/L}$ = 1 $\pu{t/m^3}$
- 1 $\pu{kg/L}$ = 1 $\pu{g/mL}$ = 1 $\pu{g/cm3}$
La masse volumique d’un échantillon peut permettre de l’identifier en comparant aux valeurs
répertoriées dans les tables.
Quelle est la masse volumique de l’eau pure ?
1 litre d'eau a une masse de 1 kilogramme.
Donc $\rho_{eau} = $ 1 $\pu{kg/L}$
soit $\rho_{eau}=$ 1000 $\pu{kg/m^3}$
ou encore $\rho_{eau} = $ 1 $\pu{g/cm^3}$
Et la masse volumique approximative de l’air ?
1 $\pu{g/L}$
soit 1 $\pu{kg/m^3}$
Chromatographie
Pour séparer et identifier les constituants
d’un mélange en phase homogène,
on peut utiliser une chromatographie.
Pour identifier les différents constituants
du mélange, on utilise des témoins.
Si la tache d'un constituant monte à la même hauteur que celle d'un témoin, le constituant est probablement le témoin.
Pourquoi l’identification n’est-elle possible que si on enlève la plaque de la cuve avant que le solvant n’atteigne le haut de la plaque ?