Sciences · Chimie
Mélanges et corps purs
Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique, comme l’eau distillée ; un mélange en contient plusieurs, comme l’eau minérale ou l’air. Les constituants d’un mélange peuvent être séparés.
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Dans la vie courante, « pur » signifie souvent « naturel » ou « non pollué » : une eau de source « pure », un jus « pur fruit ». En chimie, le mot a un sens précis : un corps pur ne contient qu'une seule espèce chimique. Une eau de source, qui contient des sels minéraux dissous, est en réalité un mélange.
Corps purs simples et composés
| Type | Définition | Exemples |
|---|---|---|
| Corps pur simple | formé d’un seul élément chimique | dioxygène O₂, diazote N₂, fer Fe, cuivre Cu, diamant C, ozone O₃ |
| Corps pur composé | formé de plusieurs éléments liés chimiquement dans des proportions fixes | eau H₂O, dioxyde de carbone CO₂, chlorure de sodium NaCl, saccharose C₁₂H₂₂O₁₁ |
Un corps pur composé peut être décomposé en corps purs simples par une réaction chimique (l'électrolyse de l’eau donne du dihydrogène et du dioxygène), mais pas par un procédé physique comme la filtration ou la distillation.
Reconnaître un corps pur
Un corps pur possède des caractéristiques physiques constantes, qui permettent de l’identifier :
- température de fusion et d’ébullition fixes à pression donnée (l’eau pure fond à 0 °C et bout à 100 °C sous 1 atm) ;
- masse volumique (1,00 g/mL pour l’eau à 4 °C) ;
- indice de réfraction, couleur, etc.
Lors d’un changement d’état, la température d’un corps pur reste constante : c’est le palier de changement d’état (voir états de la matière). Un mélange, lui, change d’état sur une plage de température : l’eau salée gèle en dessous de 0 °C et la température baisse progressivement pendant la solidification.
Mélanges homogènes et hétérogènes
| Type | À l’œil nu | Exemples |
|---|---|---|
| Homogène | on ne distingue qu’une seule phase | eau salée, eau sucrée, air, vinaigre, vin, laiton (alliage) |
| Hétérogène | on distingue au moins deux constituants ou phases | eau et huile, eau boueuse, granite, jus d’orange avec pulpe, vinaigrette |
Un mélange homogène liquide dans lequel un constituant est dissous s’appelle une solution (voir solutions et concentration). Deux liquides qui forment un mélange homogène sont miscibles (eau et alcool) ; s’ils restent séparés, ils sont non miscibles (eau et huile).
Certains mélanges paraissent homogènes mais ne le sont pas à l’échelle microscopique : le lait, la mayonnaise (des émulsions), le brouillard ou la fumée. On parle de colloïdes.
L’air, un mélange gazeux
| Constituant de l’air sec | Proportion en volume |
|---|---|
| Diazote N₂ | 78,1 % |
| Dioxygène O₂ | 20,9 % |
| Argon Ar | 0,93 % |
| Dioxyde de carbone CO₂ | environ 0,04 % |
| Autres (néon, hélium, méthane…) | traces |
L’air contient aussi de la vapeur d’eau en proportion variable, de 0 à environ 4 % (voir atmosphère).
Mélange ou réaction chimique ?
Dans un mélange, les constituants gardent leurs propriétés et peuvent être séparés par des procédés physiques. Lors d’une réaction chimique, de nouvelles espèces se forment, avec de nouvelles propriétés. Mélanger de la poudre de fer et de la poudre de soufre donne un mélange : un aimant récupère le fer. Chauffer ce mélange produit du sulfure de fer, un corps composé : l’aimant ne l’attire plus.
Les techniques de séparation
| Technique | Principe | Mélange concerné | Exemple |
|---|---|---|---|
| Décantation | laisser reposer : le constituant le plus dense tombe au fond | hétérogène (solide/liquide, liquides non miscibles) | eau boueuse ; ampoule à décanter pour eau et huile |
| Filtration | retenir les particules solides sur un filtre | hétérogène solide/liquide | café filtre, eau trouble |
| Centrifugation | accélérer la décantation par rotation rapide | hétérogène | séparation des composants du sang, essoreuse |
| Évaporation | chauffer pour éliminer le solvant | solution (récupérer le soluté) | marais salants |
| Distillation | vaporiser puis condenser le constituant le plus volatil | homogène (liquides de températures d’ébullition différentes) | eau distillée, alcools, raffinage du pétrole |
| Chromatographie | les constituants migrent à des vitesses différentes sur un support | homogène | colorants d’une encre, analyse de laboratoire |
| Extraction par solvant | dissoudre sélectivement un constituant dans un autre solvant | homogène ou hétérogène | parfums, décaféination |
| Tri magnétique | attirer les constituants ferreux avec un aimant | hétérogène solide | tri des déchets métalliques |
| Tamisage | séparer selon la taille des grains | hétérogène solide | sable et graviers |
La distillation en détail
Le mélange est chauffé dans un ballon. Le constituant dont la température d’ébullition est la plus basse se vaporise en premier ; la vapeur monte, passe dans un réfrigérant où elle se condense, et le liquide obtenu, le distillat, est recueilli. En raffinerie, la distillation fractionnée du pétrole brut sépare dans une colonne haute de plusieurs dizaines de mètres les gaz, l’essence, le kérosène, le gazole et les fiouls lourds.
L’eau : pure ou pas ?
| Eau | Nature |
|---|---|
| Eau distillée ou déminéralisée | presque un corps pur |
| Eau du robinet | mélange homogène (sels minéraux, traces de chlore) |
| Eau minérale | mélange homogène, à composition indiquée sur l’étiquette |
| Eau de mer | mélange homogène (environ 35 g de sels dissous par kg) |
| Eau boueuse | mélange hétérogène |
Une eau parfaitement pure n’est d’ailleurs pas recommandée à boire en grande quantité : les sels minéraux apportés par l’eau courante participent à l’équilibre de l’organisme (voir l’eau).
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre un corps pur et un mélange ?
Un corps pur ne contient qu’une seule espèce chimique ; un mélange en contient au moins deux. Le corps pur a des températures de changement d’état fixes, le mélange non.
L’eau minérale est-elle un corps pur ?
Non. Elle contient des ions dissous (calcium, magnésium, hydrogénocarbonate…) : c’est un mélange homogène.
L’air est-il un corps pur ?
Non. C’est un mélange homogène de gaz, principalement de diazote et de dioxygène.
Comment séparer l’eau et le sel ?
Par évaporation de l’eau, qui laisse le sel (méthode des marais salants), ou par distillation, qui permet de récupérer aussi l’eau.