Physique-Chimie — Classe de seconde
Sommaire du cours
- 1. Corps purs et mélanges
- 2. Composition d'un mélange : concentration en masse
- 3. Les solutions aqueuses : dissolution et dilution
- 4. L'atome, son noyau et ses électrons
- 5. Les ions : des entités plus stables
- 6. Les molécules et les liaisons covalentes
- 7. Compter les entités : la mole
- 8. Les transformations physiques
- 9. Les transformations chimiques et l'équation de réaction
- 10. Les transformations nucléaires
- 11. Décrire un mouvement
- 12. Modéliser une action par une force
- 13. Gravitation, poids et principe d'inertie
- 14. Émission et propagation d'un son
- 15. Lumière : spectres, réfraction et lentilles
- 16. Signaux électriques et capteurs
Chapitre 1 — Corps purs et mélanges
I. Espèce chimique, corps pur et mélange
Définition Une espèce chimique est un ensemble d'entités chimiques identiques (atomes, molécules ou ions). On la désigne par un nom et par une formule : l'eau est l'espèce chimique de formule H2O, le dioxygène celle de formule O2.
Définition Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique. Un mélange en contient au moins deux. Un mélange est homogène lorsqu'on ne distingue pas ses constituants à l'œil nu, même après repos, et hétérogène lorsqu'on en distingue au moins deux.
Exemple L'eau distillée est un corps pur. L'eau minérale est un mélange homogène : elle contient de l'eau et des ions dissous (calcium, magnésium, hydrogénocarbonate…). L'air est aussi un mélange homogène : environ 78 % de diazote N2 et 21 % de dioxygène O2 en volume. En revanche, une vinaigrette (huile et vinaigre) et le granite (quartz, mica, feldspath) sont des mélanges hétérogènes.
Remarque On distingue un corps pur simple, formé d'un seul élément chimique (le dioxygène O2, le fer Fe), d'un corps pur composé, formé de plusieurs éléments (l'eau H2O, le dioxyde de carbone CO2).
II. Identifier une espèce chimique par ses grandeurs physiques
Pour reconnaître un corps pur, on mesure des grandeurs physiques qui ne dépendent pas de la quantité prélevée : la température de fusion, la température d'ébullition et la masse volumique.
ρ = m / V
ρ (rho) est la masse volumique en g·mL−1 (ou kg·m−3), m la masse en g et V le volume en mL.
Exemple On prélève un liquide inconnu : il a une masse m = 25,0 g pour un volume V = 31,7 mL. On calcule ρ = 25,0 / 31,7 = 0,789 g·mL−1. Cette valeur correspond à celle de l'éthanol (0,789 g·mL−1 à 20 °C) : le liquide est probablement de l'éthanol. On le confirme en mesurant sa température d'ébullition, voisine de 78 °C sous la pression atmosphérique normale.
| Corps pur | Température de fusion | Température d'ébullition | Masse volumique à 20 °C |
|---|---|---|---|
| Eau | 0 °C | 100 °C | 1,00 g·mL−1 |
| Éthanol | −114 °C | 78 °C | 0,789 g·mL−1 |
| Cyclohexane | 7 °C | 81 °C | 0,78 g·mL−1 |
| Fer | 1538 °C | 2861 °C | 7,87 g·mL−1 |
Attention Les températures de changement d'état ne sont valables que sous une pression donnée, en général la pression atmosphérique normale (1013 hPa). En altitude, l'eau bout à moins de 100 °C.
III. Séparer les constituants d'un mélange
Le chimiste dispose de plusieurs techniques, choisies selon la nature du mélange.
Vocabulaire décantation : on laisse reposer, les constituants les plus denses tombent au fond ; filtration : on retient sur un filtre les particules solides ; centrifugation : on accélère la décantation en faisant tourner très vite les tubes ; distillation : on sépare des liquides d'un mélange homogène grâce à leurs températures d'ébullition différentes ; chromatographie : on sépare des espèces dissoutes selon leur vitesse d'entraînement par un solvant.
Expérience Distillation d'une eau salée. On introduit l'eau salée et quelques grains de pierre ponce dans le ballon, puis on chauffe. La température se stabilise vers 100 °C : l'eau se vaporise, la vapeur traverse le réfrigérant où elle se refroidit, et le liquide recueilli dans l'erlenmeyer (le distillat) est de l'eau pratiquement pure. Le sel, lui, reste dans le ballon car il n'est pas volatil. Un test au nitrate d'argent sur le distillat ne donne aucun précipité : les ions chlorure ont bien été éliminés.
Méthode : identifier un liquide inconnu
- Mesurer la masse m d'un volume V connu du liquide (éprouvette tarée sur la balance).
- Calculer la masse volumique ρ = m / V et l'exprimer en g·mL−1.
- Mesurer la température d'ébullition en chauffant le liquide et en relevant la valeur du palier.
- Comparer les deux résultats aux valeurs de référence du tableau : les deux doivent concorder.
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- Chapitre 2 — Composition d'un mélange : concentration en masse
- Chapitre 3 — Les solutions aqueuses : dissolution et dilution
- Chapitre 4 — L'atome, son noyau et ses électrons
- Chapitre 5 — Les ions : des entités plus stables
- Chapitre 6 — Les molécules et les liaisons covalentes
- Chapitre 7 — Compter les entités : la mole
- Chapitre 8 — Les transformations physiques
- Chapitre 9 — Les transformations chimiques et l'équation de réaction
- Chapitre 10 — Les transformations nucléaires
- Chapitre 11 — Décrire un mouvement
- Chapitre 12 — Modéliser une action par une force
- Chapitre 13 — Gravitation, poids et principe d'inertie
- Chapitre 14 — Émission et propagation d'un son
- Chapitre 15 — Lumière : spectres, réfraction et lentilles
- Chapitre 16 — Signaux électriques et capteurs