Constitution de la matière
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• reconnaître un mélange et distinguer un mélange homogène d'un mélange hétérogène ;
• utiliser le degré alcoolique d'un mélange d'alcool et d'eau ;
• dire ce qu'est un corps pur et citer des critères de pureté ;
• définir un alliage et calculer la masse d'or d'un bijou en carats ;
• distinguer un corps pur organique d'un corps pur inorganique.
Prérequis : décantation, filtration, distillation (collège), proportionnalité.
Situation de départ
Après un orage, l'eau de l'oued devient marron ; celle du robinet reste limpide. Chez le bijoutier, une chaîne est marquée « 18 carats » alors qu'un lingot de banque est en or « 24 carats ».
L'eau du robinet est-elle de l'eau pure ? Le bijou est-il fait seulement d'or ? De quoi la matière qui nous entoure est-elle constituée ?
I. Les mélanges
1. L'eau d'oued, l'eau du robinet, l'air
• L'eau d'un oued contient des grains de sable, de la terre et des débris de plantes : elle est formée de plusieurs constituants. C'est un mélange.
• Faisons bouillir un peu d'eau du robinet dans un tube à essais jusqu'à ce qu'il n'en reste plus : un dépôt blanc apparaît sur les parois. L'eau du robinet contient des substances dissoutes (sels minéraux) : c'est aussi un mélange.
• L'air est un mélange de gaz : environ 78 % de diazote N2, 21 % de dioxygène O2 (le gaz qui permet les combustions) et 1 % d'autres gaz (argon, dioxyde de carbone CO2, vapeur d'eau).
Une bougie allumée, recouverte d'une éprouvette retournée sur l'eau, s'éteint au bout de quelques instants : elle a consommé une partie du dioxygène, et le gaz restant, surtout du diazote, n'entretient pas la combustion. La montée de l'eau dans l'éprouvette ne mesure pas exactement la part de dioxygène de l'air : la combustion produit aussi des gaz et l'air chauffé se refroidit.
2. Mélange homogène, mélange hétérogène
Dans l'eau d'oued, on distingue à l'œil nu des parties d'aspects différents. Laissée au repos, elle se décante : le sable tombe au fond, les débris flottent. Chaque partie d'aspect uniforme s'appelle une phase.
Dans l'eau du robinet ou l'eau sucrée, on ne distingue rien : il n'y a qu'une seule phase.
Un mélange est formé d'au moins deux constituants.
• Il est hétérogène si l'on y distingue à l'œil nu des parties d'aspects différents (plusieurs phases).
• Il est homogène si l'on ne peut pas les distinguer (une seule phase).
Au moulin, la pâte d'olive broyée est pressée ; le liquide obtenu est mélangé à de l'eau chaude puis laissé au repos. L'huile et l'eau ne se mélangent pas : elles forment deux phases liquides, l'huile, moins dense, au-dessus. On sépare l'huile par décantation.
3. Le degré alcoolique
L'alcool de pharmacie « à 70° » est un mélange homogène d'alcool (éthanol) et d'eau. Son degré alcoolique est le volume d'alcool pur, en mL (ou cm3), contenu dans 100 mL de mélange. Pour un volume V de mélange de degré d :
Un flacon de 250 mL d'alcool à 70° contient Valcool = 70 × 250100 = 175 mL d'alcool pur, et 250 - 175 = 75 mL d'eau environ.
II. Le corps pur
1. Du mélange au corps pur
Faisons bouillir un peu d'eau distillée jusqu'à évaporation complète : elle ne laisse aucun résidu. L'eau distillée, obtenue par distillation de l'eau du robinet, ne contient que de l'eau : c'est un corps pur.
De même, le lingot d'or (24 carats) est de l'or pur, et l'alcool absolu est de l'alcool pur, alors que l'alcool à 70° est un mélange.
Un corps pur est formé d'un seul constituant. Un mélange est formé de plusieurs corps purs.
Un corps pur a des propriétés fixes qui permettent de l'identifier : ce sont ses critères de pureté (température de fusion, température d'ébullition, masse volumique…).
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