Substances, Mélanges et Solutions : Concepts Clés en Chimie

Introduction aux Substances et Mélanges

Les substances sont formées de particules identiques (atomes ou molécules). Elles ne peuvent pas être décomposées par des procédures simples en substances plus élémentaires : les éléments et les composés.

Les substances peuvent subir des changements d'état.

Comprendre les Mélanges

Les mélanges sont composés de deux ou plusieurs substances. Comment reconnaître les mélanges ?

• Mélanges homogènes : Les composants ne sont pas distinguables à l'œil nu (ex: eau salée).
• Mélanges hétérogènes : Les composants sont distinguables à l'œil nu (ex: eau et huile).

Les mélanges peuvent toujours être séparés par des procédés physiques comme la filtration, la décantation, la distillation, la chromatographie, etc.

Méthodes de Séparation des Mélanges

Les méthodes de séparation sont essentielles pour isoler les composants des mélanges. Certaines sont plus utiles pour les mélanges hétérogènes, d'autres, souvent thermiques, pour les mélanges homogènes.

Méthodes de Séparation Mécaniques

• Sédimentation

  Largement utilisée dans l'industrie minière pour séparer le minerai par gravité.

• Décantation

  Utilisée lorsque le mélange est formé de liquides de différentes densités.

• Centrifugation

  Sépare les substances par différences de densité, le processus étant accéléré par une centrifugeuse (récipient tournant à grande vitesse).

• Lévigation

  Séparation par densité, où un jet d'eau entraîne les matériaux moins denses.

• Filtration

  Sert à séparer les particules solides d'un liquide en utilisant des tamis.

• Séparation Magnétique

  Permet de séparer les minéraux magnétiques du minerai, et est surtout utilisée dans le recyclage des déchets pour séparer les débris de métaux ferreux.

Méthodes de Séparation Thermiques et Physico-Chimiques

• Chromatographie

  Consiste à faire migrer un mélange de substances en solution sur un support solide, tel que le papier.

• Cristallisation

  Si l'on souhaite obtenir de gros cristaux, la solution est placée dans un récipient simple et peu profond, puis l'eau est laissée à s'évaporer pendant des heures ou des jours.

• Distillation

  Consiste à chauffer doucement un mélange de plusieurs liquides jusqu'à atteindre le point d'ébullition de chacun.

• Distillation Fractionnée

  Les mélanges naturels de produits biologiques contiennent généralement de nombreux produits chimiques d'intérêt industriel. Par exemple, le pétrole est chauffé à 400 °C dans une tour de distillation pour séparer ses composants.

• Évaporation à Sec

  Si la taille des cristaux n'est pas une préoccupation, on peut évaporer la solution à sec pour obtenir la substance sous forme de poudre.

Les Solutions et leurs Propriétés

Les solutions sont des mélanges homogènes stables.

Composants d'une Solution

• Soluté

  C'est la substance présente en plus faible proportion dans une solution.

• Solvant

  C'est le composant présent en plus grande proportion dans une solution.

Concentration et Solubilité

• Solubilité

  C'est la quantité maximale d'une substance qui peut se dissoudre dans 100 g d'eau (solvant) à une température donnée.

• Solution Diluée

  La quantité de soluté est très faible par rapport à sa solubilité.

• Solution Concentrée

  La quantité de soluté est proche de sa solubilité.

• Solution Saturée

  C'est une solution qui contient la quantité maximale de soluté qu'elle peut dissoudre à une température donnée.

Propriétés Colligatives des Solutions

Les propriétés colligatives sont des propriétés des solutions qui dépendent du nombre de particules de soluté dissoutes, et non de leur nature chimique.

• Abaissement Cryoscopique (Cryoscopie)

  La diminution de la température de congélation (point de congélation) est proportionnelle à la quantité de particules de soluté dissoutes.

• Élévation Ébullioscopique (Ébullioscopie)

  Nécessite une température plus élevée pour que le solvant passe à la phase gazeuse en présence de soluté.

• Osmose

  Toutes les cellules du corps se nourrissent et se débarrassent de leurs déchets à travers leurs membranes, un phénomène appelé osmose.