chimie générale 1

 

Substances pures

L'application systématique de ces procédés à un mélange va conduire à une série de substances dont la composition et les propriétés physiques resteront invariables quels que soient les procédés de fractionnement utilisés, ces substances seront alors considérées comme pures et appelées substances pures 

Nous dirons donc qu'une telle substance est un corps pur. Il ne s'agit pourtant là que d'une présomption, car le perfectionnement des techniques, l'augmentation de la précision des mesures peuvent y révéler ultérieurement la présence d'impuretés.    

Notion d'espèce chimique

De ce qui précède, nous déduisons qu'un corps pur doit être caractérisé par un ensemble de nombres qui sont ses constantes physiques, lesquelles, d'ailleurs de même que ses propriétés chimiques, doivent-être les mêmes quelque soit l'origine du corps. En outre, sa composition doit être parfaitement déterminée. L'ensemble de ces caractères définit l'espèce chimique  dont le corps est la matérialisation.

Nous préciserons plus tard cette notion à la lumière de la théorie atomique et moléculaire de la matière.

Remarqe : La pureté d'une substance pourra être évaluée grâce  à ces constantes physiques,  certaines propriétés, comme les températures de changement d'état, dépendant du degré de pureté. 

1.3.5 Mélanges et combinaisons

             Notion de combinaison chimique

Si nous plaçons dans un creuset 13,6 gr de mercure et 17,2 gr d'iode et triturons le tout, nous voyons bientôt ces corps disparaître pour faire place à un solide rouge ( iodure mercurique)

Cette dernière substance résiste aux procédés de l'analyse immédiate. Il y a donc plus qu'un mélange des deux substances initiales

Elles ont donné naissance à une substance nouvelle : il y a eu combinaison chimique 

Le fait peut être généralisé et nous définirons une combinaison chimique comme une substance pure formée de plusieurs autres substances

             Critères de distinction entre mélanges et combinaisons

L'expérience classique servant à illustrer ces critères est la formation de sulfure de fer à partir de fer et de soufre . 

A. Mélangeons 56 gr de fer et 32 gr de soufre, tous deux en poudre, dans un mortier.

Du mélange obtenu faisons deux parts :

1) - L'observation au microscope de la première part laisse clairement apparaître les deux espèces de cristaux.

    - Le fer peut être extrait du mélange à l'aide d'un aimant ( susceptibilité magnétique ).  

    - Le soufre peur être extrait du mélange grâce à sa solubilité dans divers solvants organiques.

    - Le mélange traité par HCl donne un dégagement d'hydrogène (Fer)

Conclusion : dans le mélange fer-soufre, les deux substances gardent leurs propriétés individuelles.

2) Portons la seconde part à l'incandescence en un point.

Toute la masse est portée au rouge, signe d'un dégagement d'énergie calorifique.

Après refroidissement, on obtient une masse cohérente grise qui, broyée au mortier :

    - ne permet plus l'observation au microscope des cristaux initiaux

    - ne permet plus l'extraction du fer par l'aimant, ni du soufre par les solvants organiques

    - traitée par HCl  donne lieu au dégagement d'un gaz à odeur nauséabonde (H2S)

Conclusion :  par élévation de température, le fer et le soufre ont été remplacés par une substance nouvelle, le sulfure de fer . Il y a eu combinaison chimique . Dans celle-ci, le constituants ont perdu leurs propriétés individuelles. Il est apparu une substance nouvelle, à propriétés propres.

B. Si ont veut réaliser la réaction précédente en variant les proportions des constituants, on observe par exemple  :

56 gr Fe + 32 gr S ----------------+ 88 gr FeS

56 gr Fe + 40 gr S ----------------+ 88 gr FeS + 8 gr S

60 gr Fe + 32 gr S ----------------+ 88 gr FeS + 4 gr Fe

Nous en concluons qu'il y a une composition et une seule du mélange fer-soufre pour laquelle la transformation donne exclusivement  FeS, sans excès de l'un ou l'autre réactif.

Conclusion : un mélange de deux ou plusieurs substances peut être réalisé en proportions quelconques, une combinaison nécessite une proportion bien déterminée des réactifs.

C. Un troisième critère peut permettre la distinction mélange-combinaison.

Les propriétés physiques d'un mélange résultent souvent de celles des constituants et peuvent parfois être calculées par la règle d'additivité ( ex : chaleur spécifique d'un mélange hydrogène-oxygène)

Les propriétés d'une combinaison sont spécifiques de celle-ci et ne peuvent en général pas être déduite de celle des constituants .

En résumé, une combinaison se distingue d'un mélange :

- par la disparition des propriétés individuelles des constituants

- par le fait que les quantité combinées le sont dans une proportion massique bien définie

- par le fait que les propriétés du composé ne sont pas la simple superposition de celle des composants. 

1.3.6 Substances  simples ou éléments chimiques 

Nous avons vu au début de ce cours que les éléments ne sont pas divisibles à l'infini sans perdre leurs propriétés chimique, le stade ultime de division étant celui de l'atome.

La plus petite partie d'un élément est appelée atome.

C'est John Dalton en 1807 qui amena le première preuve de l'existence de cet atome. Actuellement on peut aller jusqu' à obtenir des images d'atomes individuels et il ne fait plus de doute que les atomes existent. Ce sont les unités qui constituent les corps simples.

 

Un corps simple est une substance composée d'une seule sorte d'atome, c'est - à - dire d'un seul élément;

Tous les atomes d'un morceau d'or sont de la même espèce, tous les atomes d'un morceau de plomb sont fondamentalement identiques ( mais différents de ceux du morceau d'or). Il en est de même pour tous les corps simples.

Toute matière est faite de combinaisons des formes les plus simples de la matière , les éléments chimiques. Un corps simple est une substance constituée d'un seul élément, c'est-à-dire d'une seule sorte d'atome 

Le nom de certains éléments sont très anciens comme Or ( du latin aurum ), Cuivre ( provient du mot Chypre où il était extrait). D'autres noms d'éléments représentent une de leurs propriétés comme Vanadium qui forme des composés agréablement colorés ( Vanadis , Déesse scandinave de la beauté )....

Plus récemment, les éléments ont été nommés par leurs découvreurs. Certains éléments honorent des gens ou des lieux ; c'est le cas de l'Americium, du Berkelium, du Californium etc...C'est l'IUPAC, instance internationale qui approuve les noms proposés.

Chaque élément est représenté par un symbole chimique pratique.

La plupart des symboles sont la première ou les deux premières lettres des éléments :

hydrogène : H, hélium : He, Carbone : C, aluminium : Al, Oxygène : O , nickel : Ni, Fluor : F, silicium : Si.

Remarquez que la seconde lettre est minuscule .

D'autres symboles d'éléments sont constitués de la première lettre du nom et d'une lettre placée plus loin :

magnésium : Mg, Chlore : Cl, zinc : Zn, plutonium : Pu.

D'autres symboles encore viennent du nom de l'élément en latin, en allemand ou en Grec :

Kalium est le nom du potassium en allemand , son symbole est K.

Chaque élément a un nom et un symbole chimique uniques

Remarque anticipée

En tant que plus petite partie d'un corps, l'atome a été imaginé déjà dans l'Antiquité. Mais c'est seulement au 19ème siècle qu'il put être étudier et modélisé.

On doit à Ernest Rutherford, un physicien anglais d'avoir proposé la représentation de l'atome sous la forme d'un système solaire miniature.

Alors que le nombre de molécules possibles nous parait infini, le nombre d'atomes est limité. Dans la nature on ne trouve pas plus de 92 corps simples différents et 112 en tout, si on induit la formation des 20 supplémentaires dans des conditions énergétiques extrêmes.

Alors qu'il est possible de fabriquer des molécules visibles avec un microscope électronique, l'atome a des dimensions qui sont de l'ordre de grandeur de l'angström.

Les corps simples les plus courants sont stables : un atome de cuivre restera éternellement un atome de cuivre. Par contre les atomes les plus lourds, comme le radium ou l'uranium, peuvent se désintégrer et donner naissance à un ou deux autres atomes. Ainsi le radium peut se transformer en radon, un gaz rare radioactif. Ces transformations sont exploitées dans le domaine de l'énergie nucléaire.

Différentes méthodes, physiques (thermolyse, électrolyse, photolyse,radiolyse) et chimiques (déplacements ou substitutions, voir plus loin ) conduisent à des résultats analogues : on arrive à un certains nombre de substances, communes à de nombreuses combinaisons qui résistent aux méthodes de décomposition.

Ce sont les substances simples ou éléments chimiques évoqués plus haut.

Elles devront satisfaire aux conditions suivantes :

- résistent aux méthodes de décomposition

- On ne peut les synthétiser à partir d'autres substances

- se comportent comme simples dans toutes leurs réactions.

ne sont pas transformables les unes dans les autres ( sauf réactions nucléaires) 

Sont indestructibles ( même restriction)  et on peut les récupérer sans perte des combinaisons ou elles étaient dissimilées

-  Elles sont communes a de nombreuses combinaisons.

suite

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Date de dernière mise à jour : 02/04/2016