CHAPITRE 1: MATIÈRE, CORPS PURS ET MÉLANGES

Chimie 5
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CHAPITRE 1: MATIÈRE, CORPS PURS ET MÉLANGES
CHAPITRE 1: MATIÈRE, CORPS PURS ET MÉLANGES
1. Objets et corps
Ces objets sont tous fabriqués à partir
_______________________________________
cependant ils possèdent
______________________________________.
Ces objets ont tous
__________________________, mais sont
fabriqués à partir
______________________________________.
Tous les objets (vêtements, matériaux de travail, meubles, …) sont définis par leur
________________ et par la __________________ à partir de laquelle ils sont fabriqués.
Definition:
En physique et en chimie, les nombreuses matières différentes qui constituent tous les objets qui
nous entourent sont appelées ________________. Tout corps possède une masse et un volume
qui peuvent être déterminés.
Dans le domaine de la chimie et de la physique, on étudie les propriétés de ces corps.
Attention: FAUX AMIS!
En classe de 7e et 6e vous avez rencontré les termes allemands Körper et Stoff,
leur signification en français est néanmoins un peu ambiguë, car:
Körper (Gegenstand) = objet
Stoff (Materie) = corps (matière)
Definition:
Un corps pur est un corps qui n’est constitué que d’un seul type de substance. (all. Reinstoff)
Eric Heinen
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2. Les états de la matière
. EXPERIENCE 1:
Chauffons de l’eau dans un ballon, relié à un tube qui plonge dans une éprouvette refroidie par de
la glace. Observer également ce qui se passe avec les glaçons après un certain temps.
Wasserdampf
(gasförmig)
Wasser kondensiert
Wasser verdampft
Wasser kondensiert
Wasser (flüssig)
Bunsenbrenner
Eiswürfel (festes
Wasser)
Observation:
L’eau chauffée par le brûleur Bunsen s’évapore à 100°C. La vapeur d’eau
dirigée dans l’éprouvette refroidie, se condense aussitôt, tandis que la glace à
l’intérieur du bécher fond peu à peu.
Conclusion:
L’état adopté par un corps dépend de la température.
À une température donnée, l’état d’un corps est caractéristique pour le corps
en question.
Eric Heinen
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. EXPÉRIENCE 2:
Réduisons la pression dans un ballon contenant de l’eau à l’aide d’une pompe à vide.
Observation / Conclusion:
Après quelques instants, l’eau dans le ballon commence à bouillir. Suite à la
diminution de la pression, l’eau passe donc de l’état liquide à l’état gazeux.
Autre exemple: le propane
À température ambiante le propane est à l’état ______________. Il est vendu dans des bonbonnes
à gaz dans lesquelles il est sous forme _______________. Ceci est dû à la forte _______________.
En ouvrant le robinet, le propane sort sous forme gazeuse grâce à la chute de pression au contact
de l’atmosphère.
La matière peut se présenter sous trois états d’agrégation différents:
______________________________________________________________________________
L’état d’agrégation d’un corps dépend de la ____________________ et de la _______________.
Propriétés des corps dans les différents états:
état
forme
volume
solide
bien définie
bien défini
liquide
variable
bien défini
gazeux
variable
variable
Autres exemples de corps…
solides: ___________________________________________________________
liquides: __________________________________________________________
gazeux: ___________________________________________________________
Eric Heinen
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3. La structure de la matière
. EXPÉRIENCE 3:
Mesurons 50 ml d’eau dans une
éprouvette graduée et 50 ml d’alcool dans
une autre éprouvette graduée.
Versons ces deux liquides dans une
éprouvette.
Observation:
Les deux liquides mélangés ne donnent plus pas un volume de
100 mL + 100 mL = 200 mL, mais un volume de seulement 194 mL.
Conclusion:
Il faut admettre que ces deux substances sont constituées de
très petites particules
plus petites
glisser
des lacunes
. Les particules d’eau sont
que celles de l’alcool. Elles peuvent se
entre les particules d’alcool et remplir
, ce qui explique la diminution du volume.
ANALOGIE: Le riz et les haricots
. EXPÉRIENCE 4:
Dissolution du permanganate de potassium (colorant) dans l’eau.
Introduisons quelques grains de permanganate de potassium dans un
cristallisoir rempli d’une fine couche d’eau.
Observation:
La coloration violette se propage de plus en plus.
À la fin, le liquide est uniformément coloré en violet.
Eric Heinen
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Conclusion:
Le permanganate de potassium est constitué d’une multitude de petites
particules colorées. En l’introduisant dans l’eau (1), ces particules se séparent
les unes des autres peu à peu (2) et se répartissent uniformément dans l’eau,
qui est également formée de petites particules (3).
Illustration:
(1)
Eric Heinen
(2)
(3)
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4. Le modèle corpusculaire et les états d’agrégation
Selon le modèle corpusculaire, toute matière est constituée de particules fondamentales, indivisibles, de très petite taille
, représentées par des boules.
Les particules qui forment un corps pur donnée sont toutes identiques
de particules différentes
(en masse, taille et volume). Des corps purs différents sont formés
.
solides (état solide)
forces d’attraction (entre les
particules)
disposition / mouvement /
déplacement (des particules)
forme (du corps)
compressibilité (du corps)
volume (du corps)
Eric Heinen
liquides (état liquide)
gaz (état gazeux)
très élevées
élevées
(moins fortes que pour le solide)
très faibles
 en contact
 en contact
 pas en contact
(presque pas de vide entre les
particules)
 disposées de manière ordonnée
 immobiles
(moins que pour le solide)
 disposées de manière moins ordonnée
(grands écarts entre les particules =
vide)
 déplacement chaotique à grande
vitesse
 très mobile
(oscillations autour d’une position
moyenne)
 mobiles
(oscillations + mouvement de
translation)
(oscillations + translations + rotations)
 défini
 celle du récipient
 celle du récipient
 difficile à déformer
 facile à déformer
 facile à déformer
incompressible
incompressible
compressible
défini
défini
indéfini, occupe tout l’espace mis à sa
disposition
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 Exercice 1: Récapitulation des états d’agrégation, des changements d’état et du modèle
corpusculaire à l’exemple de l’eau
 Exercice 2: Complète le texte suivant!
Lors d’une augmentation de la température
l’état liquide
, la plupart des corps solides passent à
: ce changement d’état s’appelle fusion
directement à l’état gazeux
dans ces conditions : ce changement d’état s’appelle
sublimation
. Inversement, lors d’une augmentation
l’état gazeux
devient en général d’abord liquide
condensation), et puis solide
. Certains corps solides passent
de la pression, un corps à
(ce changement d’état s’appelle
(ce changement d’état s’appelle solidification
).
 Exercice 3: Que représentent les schémas suivant?
Eric Heinen
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5. Les mélanges
. EXPERIENCE 5:
On chauffe quelques gouttes d’eau du robinet dans une capsule en verre propre.
Observation:
L’eau du robinet bout et il y a formation de vapeur d’eau. Après l’évaporation
de l’eau, il reste des tâches formées d’un solide blanc: du calcaire.
. EXPERIENCE 6:
On chauffe de l’eau
du robinet dans
l’appareillage suivant:
Observation:
L’échauffement de l’eau provoque l’apparition de petites bulles à l’intérieur de
l’appareillage. Ces bulles montent à travers l’entonnoir dans le tube à essai. Il y
s’accumule un gaz incolore et inodore: de l’air.
Conclusion:
À part de l’eau même, l’eau du robinet contient deux autres corps y dissous,
notamment du calcaire et de l’air. L’eau robinet représente donc un mélange.
Eric Heinen
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RETENONS:
Un corps pur est constitué d’une seule sorte de particules.
Un mélange est constitué d’au moins deux sortes de particules
différentes, donc d’au moins deux sortes de corps purs.
La matière est donc subdivisée selon le schéma suivant:
Il existe différents types de mélanges:
Exemple: Introduisons du sel de cuisine dans de
Exemple: Introduisons du sable dans de l’eau
l’eau distillée et agitons
distillée et agitons
Observation / Conclusion:
Observation / Conclusion:
Le sel de cuisine semble disparaître, le
Le sable ne disparaît pas. Le liquide ne
liquide devient de nouveau
devient plus translucide. On peut
translucide. On ne peut plus voir
voir à l’œil nu qu’il s’agit d’un
à l’œil nu qu’il s’agit d’un mélange.
mélange.
Définition:
Définition:
Un mélange homogène est un mélange où l’on
Un mélange hétérogène est un mélange où
ne peut pas distinguer les composants à l’œil
l’on peut distinguer les composants à l’œil nu.
nu.
Eric Heinen
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Les mélanges homogènes et hétérogènes ont des noms spécifiques qui dépendent des états des
constituants:
mélange hétérogène
désignation
exemple
poivre et sel
solide – solide
solide – liquide
suspension
sable dans de l’eau
liquide – liquide
émulsion
huile et eau
liquide – gaz
nuages (gouttelettes d’eau portées par
brouillard
l’air)
mousse
solide – gaz
fumée
fumée d’une locomotive à vapeur
mélange homogène
désignation
exemple
solide – solide
alliage
laiton (cuivre+zinc, Messing),
solide – liquide
solution
eau salée, eau sucrée
liquide – liquide
solution
eau + alcool
liquide – gaz
solution *
eau du robinet (eau + air)
air (O2 + N2 + …)
gaz – gaz
* Dans les solutions, on appelle soluté le corps (solide, liquide ou gazeux) qui est dissous dans le
liquide, qui lui est appelé solvant.
 Exercice 4: Complétez le tableau suivant.
mélange
homogène
hétérogène
jus d’orange avec pulpe


suspension
eau de mer


solution
vin blanc


solution
eau gazeuse


solution
bronze


alliage
vinaigrette


émulsion
laque (all. Haarspray)


aérosol / brouillard
Eric Heinen
désignation
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 Exercice 5: Voici quelques schémas représentant différents mélanges selon le modèle corpusculaire. Indique pour chaque schéma le type de mélange représenté, et motive votre réponse!
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6. Séparation des mélanges
6.1. Séparation de mélanges hétérogènes

L’extraction magnétique
Permet de séparer un mélange hétérogène de
deux solides, dont un est magnétique.
Exemple: mélange fer - soufre
Principe:
Le solide magnétique est attiré par un aimant

, l’autre pas.
La filtration
Permet de séparer une suspension
, qui est un mélange hétérogène
d’un solide avec un liquide
.
Exemple: mélange eau - sable
Principe:
Le papier filtre
est doté d’une multitude de
pores minuscules. Il agit comme un tamis. Les
particules du liquide isolées se déplacent et
peuvent passer, alors que les particules du solide
sont associées et retenues.

La décantation
Permet de séparer une émulsion
deux liquides
, qui est un mélange hétérogène de
.
Exemple: mélange huile-eau
Principe:
Comme les liquides ne se mélangent
pas et que l’un est plus dense
que l’autre, ils se superposent et le liquide inférieur peut être récupéré.
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6.2. Séparation de mélanges homogènes

L’évaporation
Permet de séparer une solution
, qui est un mélange
homogène d’un solide avec un liquide
.
Exemple: mélange eau - sel
Principe:
Comme le solvant possède une température d’ébullition
plus
basse
que celle du soluté, celui-ci passe plus rapidement à l’état
gazeux
et s’échappe du mélange.

La distillation
Permet de séparer des solutions
liquides (corps) purs
, afin d’obtenir les
.
Exemple: mélange eau - éthanol, eau - sel
Principe :
Le mélange est chauffé jusqu’à ébullition du liquide
dont la température d’ébullition est la plus
basse
. Les vapeurs montent dans la colonne
et lors du passage à travers le réfrigérant (qui
refroidi
), elles condensent
pour
repasser à l’état liquide.
Le liquide pur récupéré à la sortie du réfrigérant est
appelé distillat
Eric Heinen
.
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 Exercice 6: L’acide formique est un liquide incolore qui est très bien soluble dans l’eau. Sa
température d’ébullition vaut 100°C. L’eau et l’acide formique forment donc une solution. Or,
lorsqu’on essaye de séparer ce mélange par distillation, on constate qu’aucune séparation n’a
lieu. Comment peut-on expliquer ce résultat?
 Exercice 7: Comment peut-on séparer un mélange formé de poudre de fer, de sel et de sable à
l’aide des méthodes présentées ci-dessus?
D’abord, on effectue une extraction magnétique afin de séparer la poudre de
fer du mélange.
Au sel et sable restant, on ajoute alors la quantité d’eau nécessaire à la
dissolution complète du sel contenu dans ce mélange.
Ensuite, on procède à la filtration du nouveau mélange. Tandis que le sable est
retenu par le papier-filtre, la solution de sel le traverse.
Enfin, cette solution est chauffée pour regagner le sel par évaporation de l’eau.
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 Exercice 8: Voici le graphique obtenu en mesurant la température à la tête de colonne lors de
la distillation d’un mélange de plusieurs constituants inconnus. Détermine les constituants de
ce mélange à l’aide du tableau ci-dessous, et motive ta réponse!
corps pur
t° ébullition
(°C)
solubilité
dans l’eau
acétone
56
très bonne
benzène
80
mauvaise
chloroforme
62
mauvaise
eau
100
très bonne
éthanol
78,5
très bonne
méthanol
65
très bonne
tétrachlorométhane
77
mauvaise
Le graphique présente 3 paliers où la température reste constante: le mélange
est donc constitué de 3 corps différents. Le 1er a une t°éb. d’environ 65°C, le
2e environ 80°C, le 3e 100°C.
Puisque la distillation permet la séparation de liquides miscibles et un des
corps du mélange est l’eau (seul substance avec une t°éb. de 100°C), il faut
que les autres constituants du mélange soient solubles dans l’eau. Ainsi, le deux
autres constituants du mélange doivent être le méthanol (t°éb. 65°C) et
l’éthanol (t°éb. 78,5°C)
Eric Heinen
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