Chapitre 1 : Identification des espèces chimiques
0. Objectifs du chapitre
Identifier une espèce chimique par ses propriétés physiques
Identifier une espèce chimique par des tests chimiques
Décrire un système chimique
Décrire la composition d'un système
Utiliser une CCM
1. Corps purs et mélanges (cours) 1A. Espèces chimiques (cours)
Une espèce chimique est un ensemble d'entités chimiques (atomes, molécules, ions) identiques Espèce chimique dans une feuille de saule
Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques différentes
Espèces chimiques dans le thé
1B. Corps purs simples et corps purs composés (cours)
Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique
Corps pur
Un corps pur simple est constitué d'un seul type d'atome comme l'argent Ag, le cuivre Cu, le charbon C, le dioxygène O2
Corps pur simple
Un corps pur simple élémentaire est un corps pur constitué d'atomes isolés (exemple : le fer ou le cuivre)
Corps pur simple élémentaire
Un corps pur simple moléculaire est constitué de molécules faites, elles-mêmes d'un seul type d'atome (exemple : d'hydrogène H2,
dioxygène O2, diazote N2 ou dichlore Cl2) Corps pur simple moléculaire
Un corps pur composé est un corps pur qui est composé de plusieurs types d'atomes.
Ces atomes différents restent dans des proportions bien définies dans le corps pur considéré comme l'eau H2O, l'éthanol CH3-CH2-OH ou C2H6O le sel NaCl
constitué des ion Na+ et Cl- Corps pur composé
1C. Mélanges homogènes et hétérogènes (cours)
Un mélange homogène est constitué d'une seule phase Mélange homogène, exemple : le thé
Des liquides sont miscibles lorsqu'ils se mélangent l'un avec l'autre pour former un mélange homogène (exemple : eau + sirop de menthe ou eau + éthanol ou alcool éthylique, l'eau et l'alcool éthylique étant miscibles en toutes proportions et il est alors impossible de distinguer l'un de l'autre dans la solution résultante)
Liquides miscibles conduisant à un mélange homogène (une seule phase)
Un mélange hétérogène est constitué de plusieurs phases (solides, liquide, gaz), c'est à dire plusieurs corps que l'on peut distinguer.
Liquides non miscibles conduisant à un mélange hétérogène (plusieurs phases non miscibles)
Des liquides ne sont pas miscibles lorsqu'ils forment un mélange hétérogène, constitué de
plusieurs phases distinctes (exemple eau et huile : vinaigre et huile)
Exemple de mélange hétérogène : eau et huile
2. Propriétés physiques des espèces chimiques (cours)
2A. Masse volumique et densité Définitions de masse volumique et densité
La masse volumique de l'eau est de 1 g.cm-3 ou encore 1 kg.L-1 ou encore 1000 kg.m-3 Exemple : masse volumique de l'eau
La densité de l'eau est égale à 1 (SANS UNITÉ) Exemple : densité de l'eau
2B. Température de changement d'état Changements d'état et température de changement d'état d'un corps pur
À la pression atmosphérique, la température de fusion de la glace est de 0°C et la température d'ébullition de l'eau est de 100°C. Comme ces deux températures de changement d'état sont constantes puisque l'eau est un corps pur, on parle de point de fusion (0°C) et point d'ébullition (100°C) de l'eau pure.
Exemples : point de fusion et d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique standard
2C. Solubilité Solubilité d'une espèce chimique dans un solvant
La solubilité du sel (chlorure de sodium) dans l'eau est environ égale à 360 g par litre d'eau salée.
2D. Autres propriétés physiques
Conductivité (conducteur, isolant)
Solide moléculaire : isolant (plastique) -> organique
Solide atomique : conducteur (métal) -> métallique
Solide ionique : isolant (sel) -> minéral
Cassant (fragile) ou non cassant (ductile)
Module d'Young (mesure de l'élasticité)
Métal : ductile
Minéral : cassant
Organique : non cassant
Brillant, non brillant
Métal : brillant
Non métal : non brillant (sauf pour quelques exceptions appelées métalloïdes)
3. Identification d'espèces chimiques (cours) 3A. Identification par les propriétés physiques
Pour identifier une espèce chimique, il faut comparer ses propriétés physiques à celles qui sont référencées (Handbook of Chemistry). Par exemple, on compare la
température d'ébullition, de fusion, la masse volumique ou la solubilité obtenues expérimentalement avec celles fournies dans les tables de référence.
Comparer les mesures expérimentales à des tables de référence ou faire une chromatographie ou de la spectroscopie (spectroscopie optique, visible,
infrarouge, UV, de masse, RMN, RX, Raman : avec un laser, etc.)
Masse volumique Faisable au lycée (TP1)
Banc kofler Faisable au lycée
Chromatographie
CCM (chromatographie sur couche mince) Faisable au lycée avec une feuille de papier ou une plaque de silice, trempées dans un éluant) (TP2)
Chromatographie sur colonne Faisable au lycée
Chromatographie en phase gazeuse Non faisable au lycée
Spectroscopie de masse Non faisable au lycée
Spectroscopie d'absorption optique (UV - visible) Faisable au lycée mais avec du matériel rudimentaire
Spectroscopie d'absorption infrarouge Non faisable au lycée
RMN (résonance magnétique nucléaire) Non faisable au lycée
Diffraction des rayons X par les cristaux Non faisable au lycée
Microscopie électronique Non faisable au lycée
Microscopie à force atomique Non faisable au lycée
3B. Identification par des tests chimiques
Pour identifier une espèce chimique, on peut réaliser des tests chimiques
Effectuer une batterie de tests chimiques pour identifier l'espèce chimique (faisable au lycée pour certains tests simples). Remarque : la liste ci-dessous n'est pas exhaustive (révisions de collège)
4. Exercices QCM
Pour s'échauffer, pour commencer
Pour s'entraîner
Exercice corrigé
Pour aller plus loin
