Corps pur et mélange

Ce qu'il faut comprendre

Dans la vie de tous les jours, tu croises des substances très variées : l'eau du robinet, l'air que tu respires, le sucre en poudre, le sel de cuisine, ou encore une canette de soda. Certaines de ces substances sont pures (constituées d'un seul type de matière), d'autres sont des mélanges (plusieurs matières mélangées). Savoir les distinguer est essentiel en chimie, car cela détermine comment on peut les utiliser, les séparer ou les transformer.

Par exemple, l'eau distillée est un corps pur : elle ne contient que des molécules d'eau. L'eau du robinet, elle, est un mélange : elle contient de l'eau mais aussi des sels minéraux, du chlore, etc. Comprendre cette différence te permettra de mieux appréhender les propriétés des substances et les techniques de séparation.

Les notions essentielles

Corps pur

Un corps pur est une substance constituée d'une seule espèce chimique. On distingue :

• Corps pur simple : formé d'un seul type d'atomes (ex : dioxygène O₂, fer Fe).
• Corps pur composé : formé de plusieurs types d'atomes liés entre eux (ex : eau H₂O, dioxyde de carbone CO₂).

Mélange

Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques. On distingue :

• Mélange homogène : on ne distingue pas les constituants à l'œil nu (ex : eau salée, air).
• Mélange hétérogène : on distingue au moins deux phases (ex : eau + huile, eau + sable).

Espèce chimique

Une espèce chimique est un ensemble d'entités (atomes, molécules, ions) identiques. Chaque espèce a des propriétés spécifiques (masse volumique, température de fusion, etc.).

Masse volumique

La masse volumique ρ (rhô) d'une substance est le rapport de sa masse m sur son volume V :

ρ = m / V

Unités : kg/m³ ou g/cm³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³).

Exemple : l'eau a une masse volumique de 1,0 g/cm³ (ou 1000 kg/m³).

Solution

Une solution est un mélange homogène obtenu en dissolvant un soluté (espèce dissoute) dans un solvant (espèce majoritaire).

• Exemple : eau salée (soluté = sel, solvant = eau).

Concentration

La concentration en masse (ou concentration massique) C_m d'une solution est la masse de soluté dissous par litre de solution :

C_m = m_soluté / V_solution

Unité : g/L.

Dilution

La dilution consiste à ajouter du solvant à une solution pour diminuer sa concentration. Lors d'une dilution, la masse de soluté ne change pas :

m_soluté = C_mère × V_mère = C_fille × V_fille

Méthode

1. Distinguer corps pur et mélange

• Observe la substance : si elle est homogène (un seul aspect), elle peut être un corps pur ou un mélange homogène.
• Vérifie les températures de changement d'état : un corps pur change d'état à température constante (palier de température). Un mélange change sur un intervalle.

2. Calculer une masse volumique

• Mesure la masse m (balance) et le volume V (éprouvette graduée ou calcul géométrique).
• Applique la formule ρ = m / V.
• Attention aux unités : si m en g et V en cm³, ρ en g/cm³.

3. Calculer une concentration en masse

• Connais la masse de soluté m_soluté et le volume de solution V_solution.
• Applique C_m = m_soluté / V_solution.
• Vérifie que V_solution est en L (sinon convertis).

4. Réaliser une dilution

• Principe : prélever un volume V_mère de solution mère (concentrée) et ajouter du solvant pour obtenir un volume V_fille de solution fille (moins concentrée).
• Utilise la relation : C_mère × V_mère = C_fille × V_fille.
• Étapes :
  1. Calcule le volume V_mère à prélever.
  2. Prélève ce volume avec une pipette jaugée.
  3. Verse dans une fiole jaugée de volume V_fille.
  4. Complète avec du solvant jusqu'au trait de jauge.
  5. Agite pour homogénéiser.

Exemple corrigé

Énoncé : On dispose d'une solution mère de glucose de concentration C_mère = 50 g/L. On souhaite préparer 200 mL d'une solution fille de concentration C_fille = 10 g/L. Quel volume de solution mère faut-il prélever ?

Corrigé :

1. Données :

   • C_mère = 50 g/L
   • C_fille = 10 g/L
   • V_fille = 200 mL = 0,200 L (car 1 L = 1000 mL)

2. Relation de dilution : C_mère × V_mère = C_fille × V_fille

3. Calcul de V_mère : V_mère = (C_fille × V_fille) / C_mère V_mère = (10 g/L × 0,200 L) / 50 g/L V_mère = 2 / 50 = 0,04 L = 40 mL

4. Réponse : Il faut prélever 40 mL de solution mère.

5. Vérification :

   • Masse de glucose prélevée : m = C_mère × V_mère = 50 × 0,04 = 2 g.
   • Dans la solution fille : m = C_fille × V_fille = 10 × 0,200 = 2 g. C'est cohérent.

Erreurs fréquentes

• Confondre corps pur et mélange homogène : Un mélange homogène n'est pas un corps pur car il contient plusieurs espèces chimiques.
• Oublier de convertir les unités : Pour la concentration, le volume doit être en litres. 1 mL = 0,001 L.
• Inverser soluté et solvant : Le soluté est l'espèce dissoute (en faible quantité), le solvant est majoritaire.
• Utiliser la mauvaise formule de dilution : C_mère × V_mère = C_fille × V_fille, et non C_mère × V_fille = ...
• Croire que la masse volumique dépend de la quantité : Elle est une propriété caractéristique de l'espèce (à température donnée).

À retenir

• Corps pur = une seule espèce chimique ; mélange = plusieurs espèces.
• Masse volumique : ρ = m / V (g/cm³ ou kg/m³).
• Concentration en masse : C_m = m_soluté / V_solution (g/L).
• Dilution : la masse de soluté ne change pas : C_mère × V_mère = C_fille × V_fille.
• Un corps pur a une température de changement d'état fixe ; un mélange non.

Pour s'entraîner

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