Collège · 5ᵉ · Chimie
Corps purs et mélanges à l'échelle microscopique
Interpréter la notion de mélange avec le modèle particulaire
À propos de cette page
Ce cours de chimie en cinquième sur « Corps purs et mélanges à l'échelle microscopique » suit le programme officiel de chimie de cinquième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Corps pur ou mélange : le critère microscopique, Mélanges homogènes et hétérogènes, Interpréter un mélange avec le modèle particulaire, Miscibilité, solubilité et solubilité maximale. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de cinquième à réussir en chimie.
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Corps pur ou mélange : le critère microscopique
Définitions. Un corps pur ne contient qu'une seule espèce chimique : toutes ses molécules sont identiques. Un mélange contient au moins deux espèces chimiques différentes.
Exemple. Un échantillon où toutes les particules sont des molécules H2O est un corps pur. Dès qu'on y ajoute des molécules de dioxyde de carbone, on obtient un mélange : c'est de l'eau gazeuse.
Attention ! « Pur » en chimie n'a pas le sens du langage courant. Une eau minérale « pure » est en réalité un mélange : elle contient de l'eau et des espèces dissoutes. Une eau distillée, elle, est un corps pur.
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Mélanges homogènes et hétérogènes
Définitions. Un mélange est homogène si on ne distingue pas ses constituants à l'œil nu : il a un aspect uniforme. Il est hétérogène si on en distingue au moins deux à l'œil nu.
| Mélange | Type | Pourquoi ? |
|---|---|---|
| eau salée | homogène | le sel dissous ne se voit plus |
| eau + sable | hétérogène | les grains restent visibles |
| eau + huile | hétérogène | deux couches distinctes apparaissent |
| eau + sirop | homogène | un seul liquide coloré uniforme |
| air | homogène | gaz mélangés, aucun ne se distingue |
| jus d'orange avec pulpe | hétérogène | la pulpe est visible en suspension |
Astuce. Le critère est ce que l'œil voit, pas la composition : un mélange homogène reste un mélange, même s'il paraît uniforme.
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Interpréter un mélange avec le modèle particulaire
À l'échelle des particules, la différence saute aux yeux.
| Situation | Ce qu'on voit au niveau microscopique |
|---|---|
| Corps pur | toutes les particules sont identiques |
| Mélange homogène | deux sortes de particules, mais réparties uniformément et mélangées entre elles |
| Mélange hétérogène | deux sortes de particules regroupées en zones séparées |
Attention ! Une seule sorte de molécule suffit à faire un corps pur, même si cette molécule contient plusieurs sortes d'atomes. L'eau distillée (H2O uniquement) est un corps pur composé, pas un mélange.
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Miscibilité, solubilité et solubilité maximale
Définitions. Deux liquides sont miscibles s'ils forment un mélange homogène (eau et alcool), non miscibles s'ils forment deux couches (eau et huile). Un solide est soluble dans un liquide s'il s'y dissout et disparaît à l'œil nu (le sel dans l'eau), insoluble sinon (le sable).
Vocabulaire d'une solution. Le liquide qui dissout est le solvant ; l'espèce dissoute est le soluté ; l'ensemble est une solution. Quand le solvant est l'eau, la solution est dite aqueuse.
Solubilité maximale. Au-delà d'une certaine masse de soluté par litre, le solide ne se dissout plus et se dépose au fond : la solution est saturée. Pour le sel de cuisine dans l'eau à $20$ °C, la solubilité vaut environ $360$ g/L.
Exemple. Dans $0{,}5$ L d'eau à $20$ °C, on peut dissoudre au maximum $360 \times 0{,}5 = 180$ g de sel. Si on en verse $200$ g, il en reste $20$ g au fond du bécher.
Astuce. La solubilité dépend de la température : la plupart des solides se dissolvent mieux dans l'eau chaude. C'est pourquoi le sucre disparaît plus vite dans un thé brûlant.
5
L'air, un mélange de gaz
Composition de l'air sec. Environ $78$ % de diazote N2, $21$ % de dioxygène O2 et $1$ % d'autres gaz (surtout l'argon, et environ $0{,}04$ % de dioxyde de carbone CO2). Ces pourcentages sont des pourcentages en volume.
Attention ! L'air est un mélange homogène, pas un corps pur : il contient plusieurs espèces chimiques, même si on ne les distingue pas. Et l'air réel contient aussi de la vapeur d'eau, en proportion variable selon l'humidité.
6
Reconnaître un corps pur par sa température de changement d'état
Règle. Sous une pression donnée, un corps pur change d'état à une température fixe, qui reste constante pendant toute la durée du changement d'état. Un mélange, lui, n'a pas de température de changement d'état fixe : elle varie pendant l'opération.
| Corps pur | Température de fusion | Température d'ébullition |
|---|---|---|
| eau | $0$ °C | $100$ °C |
| éthanol | $-114$ °C | $78$ °C |
| fer | $1\,538$ °C | $2\,861$ °C |
Attention ! Ces valeurs sont données sous la pression atmosphérique normale ($1\,013$ hPa) et seulement pour un corps pur. Une eau salée n'a pas de température d'ébullition fixe : elle se met à bouillir au-dessus de $100$ °C et sa température continue de monter pendant l'ébullition. Dire « cette eau minérale bout à $100$ °C » est donc inexact.
7
Séparer les constituants d'un mélange
| Technique | Sur quel mélange ? | Principe |
|---|---|---|
| Décantation | hétérogène | on laisse reposer, le plus dense se dépose |
| Filtration | hétérogène | le filtre retient les particules solides |
| Distillation | homogène | on chauffe : le constituant le plus volatil s'évapore puis se liquéfie dans le réfrigérant |
Exemple. Pour séparer l'eau et le sable, une filtration suffit. Pour récupérer l'eau d'une eau salée, il faut une distillation : la filtration ne retiendrait pas le sel dissous.
Attention ! La filtration ne sépare jamais un mélange homogène : les espèces dissoutes traversent le filtre avec le liquide.
En bref
- Corps pur = une seule espèce chimique ; mélange = au moins deux.
- Mélange homogène : constituants indiscernables à l'œil nu ; hétérogène : au moins deux visibles.
- Vocabulaire : solvant + soluté = solution ; solution saturée quand le soluté ne se dissout plus.
- Solubilité du sel dans l'eau à $20$ °C : environ $360$ g/L, et elle augmente avec la température.
- Air : $78$ % N2, $21$ % O2, $1$ % autres gaz (en volume) — c'est un mélange homogène.
- Un corps pur change d'état à température constante (eau : $0$ °C et $100$ °C sous $1\,013$ hPa) ; un mélange, non.
- Décantation et filtration pour un mélange hétérogène ; distillation pour un mélange homogène.
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