Autour de nous, la matière se trouve souvent sous forme de mélanges. Ceux-ci peuvent être homogènes ou hétérogènes selon les solubilités et les miscibilités des espèces chimiques qui les composent. La dissolution de certains corps lui confère des propriétés acides ou basiques.
Définitions
Les corps purs
Corps pur
Un corps pur est une substance composée d'un seul type d'espèce chimique (atomes ou molécules).
L'eau déminéralisée (ou distillée) est un corps pur, car elle n'est composée que de molécules d'eau.
Composition de l'eau
Les mélanges
Mélange
Un mélange est une substance composée de plusieurs types d'espèces chimiques (atomes ou molécules).
L'air est un mélange, car il est composé de différents gaz, donc de différentes molécules, principalement de diazote (représentées en bleu) et de dioxygène (représentées en rouge).
Composition de l'air
On distingue deux types de mélanges : les mélanges homogènes et les mélanges hétérogènes.
Mélange homogène
Un mélange homogène est un mélange dont on ne peut pas distinguer les constituants à l'œil nu.
L'air est un mélange homogène, car on ne distingue pas ses constituants à l'œil nu.
Mélange hétérogène
Un mélange hétérogène est un mélange dont on peut distinguer les constituants à l'œil nu.
Lorsqu'on verse de l'huile dans de l'eau, on peut toujours distinguer ces deux liquides, même après agitation. Il s'agit donc d'un mélange hétérogène.
La dissolution de corps dans l'eau
Vocabulaire
Dissolution
La dissolution d'une espèce chimique dans un liquide est l'intégration chimique de ce composé dans le liquide tel qu'il en résulte un mélange homogène.
Pour préparer de l'eau salée, on réalise la dissolution du sel dans l'eau.
Solution
Le mélange obtenu après une dissolution est appelé solution.
L'eau salée est une solution.
Solvant
Le solvant est le liquide dans lequel on dissout l'espèce chimique.
Le solvant de l'eau salée est l'eau.
Soluté
Le soluté est l'espèce chimique qui est dissoute.
Le soluté de l'eau salée est le sel.
Solubilité
La solubilité d'une espèce est sa capacité à se dissoudre dans ce solvant.
Le sel peut se dissoudre dans l'eau, on dit donc que le sel est soluble dans l'eau.
Même après dissolution, le composant est toujours présent dans la solution.
Si on laisse de l'eau salée s'évaporer, le sel se dépose au fond du récipient.
Le solvant eau
L'eau peut dissoudre certains solides et gaz.
Le sel et le sucre sont des solides solubles dans l'eau.
Le dioxyde de carbone et le dioxygène sont des gaz solubles dans l'eau. Enfermés dans le même récipient avec de l'eau, le volume occupé par ces gaz diminue, car ils se sont dissous, en partie, dans l'eau. Celle-ci peut ainsi s'élever.
Dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau
Même un solide ou un gaz soluble dans l'eau finit par ne plus s'y dissoudre si la quantité introduite est trop importante. On dit alors que la solution est saturée.
Solution saturée
Une solution est saturée lorsque le soluté ne se dissout plus dans le solvant.
À 25°C, on peut dissoudre au maximum 360 g de sel dans un litre d'eau. Au-delà de cette masse, le sel se dépose au fond du récipient.
Solution saturée
Les solutions acides et basiques
Certains corps dissous dans l'eau peuvent lui conférer de nouvelles propriétés, notamment son caractère acide ou basique, qui permet d'expliquer certaines transformations chimiques et qui est mesuré par son pH.
La dissolution de dioxyde de carbone dans l'eau lui donne un caractère acide.
pH
Le pH (potentiel Hydrogène) est une grandeur sans unité qui caractérise l'acidité d'une solution, qui peut varier de 0 à 14.
- Si le pH est inférieur à 7, la solution est acide.
- Si le pH est voisin de 7, la solution est neutre.
- Si le pH est supérieur à 7, la solution est basique.
Nature des solutions en fonction du pH
Le pH d'un jus de citron est de 2,7 : c'est donc une solution acide.
Le pH de l'eau pure est de 7,0 : c'est donc une solution neutre.
Le pH d'une eau savonneuse est de 9,1 : c'est donc une solution basique.
La mesure du pH peut se faire avec du papier pH : la couleur de ce papier dépend du pH de la solution qu'on met à son contact.
Papier pH
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Les mélanges de liquides
La miscibilité
Miscibilité
La miscibilité désigne la capacité de deux liquides à se mélanger pour former un mélange homogène.
L'eau et le sirop sont deux liquides miscibles en toutes proportions, alors que l'eau et l'huile sont non miscibles.
Deux liquides miscibles forment un mélange homogène, alors que deux liquides non miscibles forment un mélange hétérogène.
L'eau et le sirop étant miscibles, une fois mélangés, on ne peut plus les distinguer : ce mélange est donc homogène.
Mélange eau et sirop
L'eau et l'huile étant non miscibles, une fois mélangés, on peut encore les distinguer : ce mélange est donc hétérogène.
Mélange eau et huile
La séparation des liquides
Le cas des liquides non miscibles
Deux liquides non miscibles peuvent être séparés par décantation : on verse le mélange des deux liquides dans une ampoule à décanter et les liquides se positionnent selon leur densité (le plus dense en bas et le moins dense en haut). On peut ensuite les verser, à l'aide du robinet, et les récupérer séparément.
L'huile et l'eau sont des liquides non miscibles, on peut donc les séparer par décantation. L'huile étant moins dense que l'eau, elle sera au-dessus d'elle.
Décantation
Le cas des liquides miscibles
Deux liquides miscibles peuvent être séparés par distillation, à condition que leurs températures de vaporisation soient différentes de plusieurs degrés Celsius. On chauffe le mélange homogène et le liquide le plus volatil (celui qui a la température de vaporisation la plus faible) se vaporise en premier, monte le long de la colonne et est enfin condensé en passant à l'intérieur du réfrigérant (dans lequel circule en permanence de l'eau fraîche). Ce liquide s'écoule enfin dans un second récipient sous l'effet de la gravité. Les deux liquides sont désormais séparés.
L'alcool et l'eau sont des liquides miscibles, il faut donc les séparer par distillation. L'alcool étant plus volatil que l'eau, il sera récupéré en premier.
