Espèces chimiques, corps pur et mélanges

Identifier une espèce chimique

Identifier une espèce chimique

 

I. La chromatographie sur couche mince (CCM)

 

La chromatographie sur couche mince (CCM) est une méthode permettant d’identifier une espèce chimique. Cette méthode est utilisée en TP et demande du travail.

 

Principe

Les espèces chimiques ont des affinités différentes avec la phase fixe et la phase mobile (l’éluant).

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La phase fixe est le rectangle, cela peut être du papier Whatman ou une couche de silice. Pendant l’expérience cette phase ne va pas bouger. Sur cette phase fixe on dépose, au niveau de la ligne de dépôt, le mélange formé lors de la réaction ainsi que l’élément pur que l’on souhaite identifier : une goutte A et une goutte B. Ensuite la plaque est plongée dans l’éluant. L’éluant est un liquide qui va monter le long de la plaque par capillarité : c’est la phase mobile. En montant, l’éluant va entraîner les espèces chimiques contenues dans A et B. Dans cet exemple, il a 2 tâches qui sont montés de la goutte A et une tâche de la goutte B. On peut donc constater que A contenait 2 espèces chimiques différentes et B une seule (en effet, B est pur). Il faut arrêter la montée de l’éluant avant que celui-ci n’atteigne le haut de la plaque. Le front de l’éluant doit se trouver à environ 1 cm du haut de la plaque lorsque l’on stoppe celui-ci. On obtient au final la dernière figure.

 

Bilan

Pour chaque espèce chimique, il y a une tâche, et pour chacune de ces tâches, il existe un rapport frontal qui est caractéristique de l’espèce chimique.

 

Calcul du rapport frontal

On note $d$ la distance entre la tâche et la ligne de dépôt et on note $d_E$ la distance entre la ligne de dépôt et le front de l’éluant.

Le rapport frontal est : $R_f=dfrac{d}{d_E}$

 

II. Les grandeurs caractéristiques d’une espèce chimique

 

Il existe d’autres méthodes pour identifier une espèce chimique. En effet, on peut se baser sur des grandeurs caractéristiques d’une espèce chimique :

– la température de fusion (solide $to$ liquide). Exemple : l’eau a une température de fusion T = 0 °C, donc si un solide que l’on veut identifier fond à 0 °C, on peut en déduire que c’est de l’eau.

– la température d’ébullition (liquide $to$ gaz). Exemple : l’eau a une température d’ébullition de 100 °C, donc si un liquide transparent bout à partir de 100 °C, alors on en déduit que c’est de l’eau.

Attention : Toutes les températures de fusion et d’ébullition sont indiquées sous une pression atmosphérique et à 20 °C.

 

Protocole

Pour mesurer ces grandeurs, il faut par exemple une plaque chauffante et un thermomètre pour la température d’ébullition. Pour la température de fusion on utilise un banc Kofler : c’est une plaque de métal sur laquelle la température n’est pas la même en tout point.

Corps purs et mélanges

Corps purs et mélanges

 

I. Différence entre un mélange homogène et un mélange hétérogène

 

S’il n’est constitué que d’une seule partie, c’est un mélange homogène. Exemple : eau + sirop.

S’il est constitué d’au moins deux parties, c’est un mélange hétérogène. Exemple : eau + huile.

                                  

II. Définition de la composition massique d’un mélange

 

Pour chacun des constituants du mélange, il faut calculer le rapport de la masse du constituant divisée par la masse totale du mélange (à multiplier par 100 pour obtenir cette valeur en pourcentage) : $dfrac{m}{m_{totale}}$.

Exemple : soit 100 g de vinaigre, constitué de 8 g d’acide éthanoïque et de 92 g d’eau.

Sa composition massique en eau est de $dfrac{92}{100} = 0,92$ (ou 92 %) et sa composition massique en acide éthanoïque est de $dfrac{8}{100} = 0,08$ (ou 8 %).

 

III. Définition de la composition volumique d’un mélange

 

Pour chacun des constituants du mélange, il faut calculer le rapport du volume du constituant divisé par le volume total du mélange (à multiplier par 100 pour obtenir cette valeur en pourcentage) : $dfrac{V}{V_{total}}$.

Exemple : composition de l’air :

78 % de diazote (molécule composée de deux atomes d’azote).

21 % de dioxygène (molécule composée de deux atomes d’oxygène).

1 % d’autres gaz.

 

IV. Définition d’un corps pur

 

Il s’agit d’une espèce constituée d’une seule espèce chimique.

Exemple : l’eau ($H_{2}O$) peut être un corps pur mais l’eau du robinet ou minérale ne sont cependant pas des corps purs car elles contiennent d’autres espèces à l’intérieur comme des ions (calcium ou magnésium par exemple).

 

Comment peut-on caractériser un corps pur ?

– On peut utiliser la température de changement d’état.

Exemple : la température de fusion de l’eau pure à la pression atmosphérique est de $T_{fus}(H_{2}O) = 0 °C$. À l’inverse, si un corps solide inconnu devient liquide à la température de 0 °C alors il s’agit d’eau pure.

– On peut utiliser également la masse volumique, définie par le rapport de la masse d’une espèce divisée par le volume qu’elle occupe : $rho=frac{m}{V}$, exprimée en $kg.m^{-3}$ ou $kg.L^{-1}$ (en chimie).

Exemple : $rho(H_{2}O)=1 kg.L^{-1}$ à l’état liquide.

– On peut aussi utiliser un test chimique, mis en oeuvre pour identifier certaines espèces chimiques.

Exemple : test au sulfate de cuivre pour identifier l’eau.