Classons la matière : les mélanges, corps purs, corps purs composés et les techniques de séparation.

Nous avons vu au chapitre précédent (La matière et ses états), que tout ce qui nous entoure est composé de matière. Réalisons une première classification de cette matière.

I. Les mélanges

La matière est donc un mélange de particules; d'atomes et/ou de molécules.

Essayons de modéliser le vin. Il s'agit d'un mélange essentiellement d'eau et d'alcool. Il est impossible à l'œil nu de discerner les constituants de ce mélange.

Représentons ce mélange :

Les molécules d'eau et d'alcool se disposent de façon aléatoire en se mêlant les unes aux autres. Il est impossible de repérer à l'œil nu les différents types de molécules constituant le mélange. Ce type de mélange s'appelle un mélange HOMOGÈNE.

Les substances qui forment un mélange homogène sont dites Miscibles. L'eau et l'alcool sont miscibles.

autres exemples :

  • une pincée de sel dans de l'eau
  • de la grenadine dans de l'eau
  • le bronze  (mélange homogène solide de cuivre (Cu) -80% et d'étain (Sn) -20%)

exemple:

mélange homogène : eau et sel (en petite quantité)

Représentons ce mélange :

Les molécules d'eau et d'huile ne se mélangent pas. Elles se disposent en faisant apparaître des couches. L'huile et l'eau sont séparées de façon visible. Ce type de mélange s'appelle un mélange HETEROGENE (dont on peut repérer les composants à l'œil nu).

Les substances qui forment un mélange hétérogène sont dites non-miscibles. L'eau et l'huile sont non-miscibles.

autres exemples :

  • de l'eau boueuse

  • le béton (mélange hétérogène de cailloux, de sable et de ciment)

mélange hétérogène : solution de cuivre + billes de zinc.

 Nous voyons donc qu'il existe deux types de mélanges. 

Il existe deux types de mélanges : les mélanges homogènes, dont on ne distingue pas les différents constituants et qui sont répartis de façon égale dans tout l'échantillon. Ex : l'air (mélange d'oxygène et d'azote), le sel dans l'eau, ...

Ainsi dans un seau d'eau salée de 10L, si l'on prend deux éprouvettes de 5 mL et que l'on évapore l'eau, on obtiendra les mêmes masses de sel dans les deux éprouvettes. Le sel est réparti dans l'eau de manière identique. 

Et les mélanges hétérogènes, dont les composants ne sont pas répartis de manière équivalente dans l'échantillon et dont on peut repérer les différents constituants. (Huile dans de l'eau, sucre dans du sel, ...).

Ces mélanges mettent en présence différents constituants, essayons de les séparer les unes des autres.

 

 

II. Techniques de séparation des mélanges

 Afin de séparer les différentes substances composant un mélange, nous pouvons utiliser les différences entre des propriétés physiques qui sont propres à un constituant du mélange

 Crédit photos - Frédéric Lorenzon - www.physicollege.fr.st  

On utilise la gravité. Les particules les plus lourdes du mélange vont se déposer dans le fond du berlin ou de l'éprouvette. Il restera alors à filtrer la solution. Nous pouvons aider les particules à se déposer en utilisant une centrifugeuse, l'on parlera alors de centrifugation. En fait, ce procédé permet d'augmenter la force d'attraction vers le fond des récipients des particules solides présentes dans le mélange.

Les particules se déposent dans le fond des récipients selon un ordre bien précis. Les particules les plus lourdes se trouvant dans le bas du dépôt et les plus légères sur le dessus.

 

En utilisant une différence de solubilité pour récupérer les composantes d'un mélange hétérogène, on peut utiliser également l'extraction.

Le principe : Les deux liquides ne peuvent se mélanger (ex : eau-huile). Il se forme alors deux phases (une première phase composée de particules lourdes; l'eau et une seconde composée d'huile (particules légères)). Ce type de mélange est hétérogène et composé de substances non-miscibles (qui ne se mélangent pas). Il suffit ensuite de faire s'écouler le liquide jusqu'à la limite pour récupérer chacune des phases. 

Si la séparation en plusieurs phases ne se fait pas naturellement; l'on peut également ajouter un composé qui permet l'apparition de phases (une séparation bien nette entre les constituants du mélange).  La séparation entre ce liquide d'extraction et ce qu'il a permis d'extraire du mélange se faisant par un autre procédé par la suite (souvent une distillation).

 

(c) photo : P.Lochert - http://www.chez.com/bartholdi/

Un des deux liquides présents dans le ballon a une température d'ébullition de 65°C, alors que l'autre n'atteint l'ébullition qu'à 100°C. En maintenant la température dans le ballon à 65°C ; le premier liquide se transforme en gaz, qui est récupéré dans un réfrigérant (tube en verre dans lequel passe de l'eau froide) où le gaz se condense et se retransforme en liquide récolté dans le ballon placé à l'extrémité du réfrigérant. Nous avons donc séparé les deux liquides qui ont une température d'ébullition différente (sur base de propriétés physiques).

 

 

Cette technique permet également de déterminer quels sont les composants d'un mélange.

 Identifie les différentes espèces chimiques présentes dans un mélange en comparant leur distance de déplacement vertical par capillarité.

 

 

 

(crédit image : Nicolas Maurin - (CC)- BY- SA)

On utilise un filtre, une membrane dont les trous ne laissent passer que des particules dont la taille est plus petite que les trous. Ainsi dans le cas de la filtration de jus d'orange avec pulpe, le filtre est percé de trous plus petits que la pulpe, l'empêchant de passer au travers, alors que les particules de jus plus petites que les trous passent au travers de ceux-ci.

Toutes ces techniques de séparation utilisent des différences de propriétés physiques entre les composants d'un mélange. Il ne s'agit pas de réactions chimiques. Il existe encore d'autres méthodes.

 

III. Les corps purs

 

 

 

Qu'est ce qu'un corps pur ? 

il s'agit d'un corps constitué de molécules identiques.  (par exemple de l'oxygène, du dioxygène, du sulfate d'hydrogène, ...).

Parmi ces corps purs, on peut encore distinguer trois catégories :

  1. Les corps purs élémentaires : Il s'agit d'un nombre d'atomes identiques : Ne, par exemple est un corps pur élémentaire. Les corps purs élémentaires, sont ceux présents dans le tableau périodique des éléments, ils peuvent encore se classer en métaux et non-métaux.
  2. Les corps purs simples : Ce sont des molécules composées de plusieurs atomes identiques : O2, H2, O3, par exemple sont des corps purs simples.
  3. Les corps purs composés : Il s'agit d'un corps pur dont chaque molécule est constituée d'atomes de plusieurs sortes (différents) : HCl, H2SO4, NaCl, ...

La plus petite partie d'un corps pur (= matière constituée du même type d'éléments ou des mêmes ensembles d'éléments) ayant les mêmes caractéristiques que ce corps pur est un atome ou un ensemble d'atomes "associés" appelé molécule.

Lorsqu'il s'agit d'un ensemble de mêmes atomes comme dans le cas du fer (Fe) ou du sodium (Na), cela s'appelle un corps pur élémentaire. (un seul atome - un élément).

Lorsqu'il s'agit d'un ensemble d'au moins deux atomes identiques liés par un lien chimique (c'est un ensemble de molécules composées des mêmes atomes) comme dans le cas du dihydrogène (H2) ou du dioxygène (O2), cela s'appelle un corps pur simple. (une seule sorte d'atomes constituant les molécules).

Barre de Titane (Ti) Barre de Silice (Si) Lingot d'Or pur (Au)
Crédit photo : Warut Roonguthai | (CC) attribution-ShareAlike Crédit photo : Warut Roonguthai | (CC) attribution-ShareAlike
Crédit photo : English Wikipedia, original upload 17 September 2005 by Swiss Banker

Lorsqu'il s'agit d'un mélange d'atomes dans des proportions bien définies formant des molécules comme dans le cas de l'eau (H2O; hydrogène et oxygène) : cela se nomme : corps pur composé. (plusieurs sortes d'atomes qui forment une molécule).

File:Water drops.jpg
 
File:Manganistan draselný.JPG
eau (H2O) Sulfate de cuivre (CuSO4) Permanganate de potassium (KMnO4)
 Crédit photo :Petr Novák, Wikipedia  Crédit photo : Ondøej Mangl

Si on additionne deux corps purs (simples ou composés), on obtient un mélange.

 

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Source à renseigner :
Miseur L., « La Chimie.net », <http://www.lachimie.net>, novembre 2014, visité le ....