Dans la nature, les espèces chimiques se trouvent souvent sous forme de mélanges, homogènes ou hétérogènes. Certains mélanges sont dangereux, car ils provoquent des réactions chimiques.
Définitions
Les corps purs
Corps pur
Un corps pur est, en chimie, une substance (solide, liquide ou gazeuse) ne comportant qu'une seule espèce chimique : soit une seule sorte d'atome, soit une seule sorte de molécule.
L'eau distillée est un corps pur, puisqu'elle n'est constituée que de molécules d'eau. Ce type d'eau pure n'existe pas dans la nature, il faut la déminéraliser (en retirer tous les minéraux) pour qu'elle le devienne.
Les mélanges
Mélange
Un mélange est une substance (solide, liquide ou gazeuse) constituée de plusieurs espèces chimiques.
L'eau salée est un mélange puisqu'elle est composée d'eau et de sel.
Un mélange peut être soit homogène, soit hétérogène.
Mélange homogène
Un mélange homogène est un mélange dont les composants sont invisibles à l'œil nu.
Lorsqu'on dissout du sucre dans l'eau, l'ensemble forme un mélange homogène.
L'air est aussi un mélange homogène, car il est constitué de plusieurs sortes de molécules indiscernables à l'œil nu : molécules de dioxygène, de diazote, de dioxyde de carbone, etc.
Mélange hétérogène
Un mélange hétérogène est un mélange dont il est possible de distinguer les composants à l'œil nu.
L'eau et l'huile forment un mélange hétérogène puisque, même mélangés, on peut encore les distinguer.
Mélange hétérogène d'huile et d'eau
La miscibilité avec l'eau et la solubilité dans l'eau
La miscibilité
Miscibilité
La miscibilité est la capacité de deux liquides à se mélanger.
L'eau et le sirop sont des liquides miscibles.
Même en agitant, on ne peut pas mélanger l'eau et l'huile : ce sont deux liquides non miscibles.
- Deux liquides miscibles forment un mélange homogène.
- Deux liquides non miscibles forment un mélange hétérogène.
L'eau et le sirop forment un mélange homogène.
L'eau et l'huile forment un mélange hétérogène.
La solubilité
Solubilité
La solubilité est la capacité pour un solide à se dissoudre dans un liquide.
Le sel et le sucre sont solubles dans l'eau, alors que le sable y est insoluble.
Lorsqu'il se dissout, ce solide se réduit alors en minuscules particules, invisibles à l'œil nu, qui se dispersent dans le liquide.
- Un solide et un liquide dans lequel il est soluble forment un mélange homogène.
- Un solide et un liquide dans lequel il n'est pas soluble forment un mélange hétérogène.
L'eau et le sel forment un mélange homogène.
L'eau et le sable forment un mélange hétérogène.
Si on essaie de dissoudre une trop grande quantité d'un solide dans un liquide, il finira par ne plus se dissoudre. On dit alors que la solution est saturée.
Solution saturée
Les mélanges et les transformations chimiques
Les transformations chimiques
Système chimique
Le système chimique est l'ensemble des substances (solides, liquides ou gazeuses) mises en présence les unes avec les autres que l'on étudie. Un système chimique est donc un mélange.
Transformation chimique
Une transformation chimique est l'évolution d'un système chimique par laquelle des substances chimiques réagissent entre elles pour en former de nouvelles.
Un clou en fer placé dans un verre d'eau suffisamment longtemps finira par rouiller. Il s'agit bien d'une transformation chimique.
Clou en fer ayant subi une transformation chimique
Les dangers des mélanges de produits domestiques
Certains mélanges de produits domestiques peuvent conduire à des transformations chimiques et à la formation de produits nocifs.
Le mélange d'eau de javel avec des nettoyants pour la plomberie peut causer des irritations des muqueuses et des bronches à court terme, et même des œdèmes pulmonaires à plus long terme.
- Ne jamais mélanger des produits ménagers.
- Attention aux mélanges involontaires : il est dangereux, par exemple, de verser de l'eau de Javel dans la cuvette des WC si on vient d'y mettre du détartrant.
Un mélange particulier : l'air
La composition de l'air
L'air est un mélange de gaz. Il est composé :
- De diazote (78% en volume)
- De dioxygène (21% en volume)
- D'autres gaz comme du dioxyde de carbone ou de l'argon
Pour simplifier, on peut retenir que l'air est composé de \dfrac{4}{5} de diazote (soit 80 %) et de \dfrac{1}{5} de dioxygène (soit 20 %).
Il ne faut pas confondre un gaz et une fumée. Une fumée est constituée de microparticules solides.
Le dioxygène est le gaz indispensable à la vie. Le manque de dioxygène conduit à l'asphyxie.
La pression de l'air
Tester la compressibilité et l'expansibilité de l'air
- Enfermer l'air dans une seringue et boucher l'arrivée d'air
- Appuyer sur le piston de la seringue
- Tirer sur le piston de la seringue
L'air peut occuper un volume plus petit que la normale, on dit qu'il est compressible. Alors, sa pression augmente.
Compressibilité de l'air
L'air peut occuper un volume plus important que la normale, on dit qu'il est expansible. Alors, sa pression diminue.
Expansibilité de l'air
La pression d'un gaz se mesure avec un manomètre et s'exprime en Pascal (Pa), mais on utilise souvent un de ses multiples, l'hectopascal (1 hPa = 100 Pa).
La masse de l'air
Comme tous les gaz, l'air possède une masse.
Mesurer la masse d'un litre d'air
Pour mesurer la masse d'un litre d'air, on utilise la méthode dite "par déplacement d'eau".
1. Peser un ballon gonflé.
2. Laisser échapper un litre d'air du ballon recueilli dans une éprouvette (afin de connaître le volume d'air sorti).
3. Peser à nouveau le ballon.
4. La masse d'un litre d'air est égale à la différence des deux masses mesurées.
- La mesure de la masse du ballon gonflé donne 126,7 g.
- Et celle du ballon ayant échappé un litre d'air donne 125,4 g.
La masse d'un litre d'air est donc :
126{,}7 - 125{,}4 = 1{,}3 g
À température et pression ambiantes, un litre d'air a une masse d'environ 1,3 gramme.