Caractérisation des mélanges | Physique-Chimie Seconde

• 1 Identifier les composants présents
• 2 Déterminer les proportions de chaque composant
• 3 Classifier le mélange (homogène/hétérogène)
• 4 Évaluer la pureté des constituants

Un mélange homogène a une composition uniforme dans tout le volume. On ne distingue pas visuellement les différentes substances.

• 1 Eau salée : sel dissous uniformément
• 2 Air : mélange de gaz
• 3 Soda : sucre et CO₂ dissous

Un mélange hétérogène a une composition non uniforme. On distingue visuellement les différentes substances.

• 1 Eau + huile : deux phases visibles
• 2 Granite : mélange de minéraux
• 3 Salade : mélange de légumes

La concentration massique d'une solution est la masse de soluté dissous par litre de solution.

Où c_m est la concentration massique (en g/L), m_soluté est la masse de soluté (en g), et V_solution est le volume de solution (en L).

Si on dissout 5 g de sel dans 250 mL d'eau, la concentration massique est :

La concentration massique de la solution est de 20 g/L.

La concentration molaire d'une solution est la quantité de matière de soluté dissous par litre de solution.

Où c est la concentration molaire (en mol/L), n_soluté est la quantité de matière de soluté (en mol), et V_solution est le volume de solution (en L).

On peut convertir la concentration massique en concentration molaire :

Où M est la masse molaire du soluté (en g/mol).

Inversement : c_m = c × M

Le pourcentage massique d'un composant dans un mélange est la masse de ce composant divisée par la masse totale du mélange, multipliée par 100.

Où m_composant est la masse du composant concerné et m_total est la masse totale du mélange.

Dans un mélange de 200 g contenant 50 g de sucre, le pourcentage massique de sucre est :

Le mélange contient 25% de sucre en masse.

Le pourcentage volumique d'un composant dans un mélange est le volume de ce composant divisé par le volume total du mélange, multiplié par 100.

Où V_composant est le volume du composant concerné et V_total est le volume total du mélange.

Dans un mélange de 500 mL contenant 125 mL d'alcool pur, le pourcentage volumique d'alcool est :

Le mélange contient 25% d'alcool en volume.

La fraction massique d'un composant dans un mélange est le rapport de la masse de ce composant à la masse totale du mélange.

Où w_i est la fraction massique du composant i, m_i est la masse du composant i, et m_total est la masse totale du mélange.

La somme des fractions massiques de tous les composants d'un mélange est égale à 1 :

Soit w_A + w_B + w_C + ... = 1

La fraction volumique d'un composant dans un mélange est le rapport du volume de ce composant au volume total du mélange.

Où φ_i est la fraction volumique du composant i, V_i est le volume du composant i, et V_total est le volume total du mélange.

La somme des fractions volumiques de tous les composants d'un mélange est égale à 1 :

Soit φ_A + φ_B + φ_C + ... = 1

La caractérisation des mélanges est présente partout dans notre vie :

• 1 Alcootest : mesure de la concentration d'alcoolémie
• 2 Labels nutritionnels : pourcentage des nutriments
• 3 Essence : pourcentage d'éthanol dans le carburant
• 4 Médicaments : concentration des principes actifs

La caractérisation des mélanges est cruciale dans de nombreux domaines :

• Pharmacie : dosage des principes actifs
• Agroalimentaire : contrôle de la composition
• Chimie : formulation de produits
• Environnement : analyse de la pollution

Les méthodes qualitatives permettent d'identifier les composants d'un mélange :

• 1 Tests chimiques : réactions spécifiques
• 2 Spectroscopie : UV-visible, IR, RMN
• 3 Chromatographie : CCM, CG, HPLC
• 4 Mesure des propriétés : température de fusion, densité

Les méthodes quantitatives permettent de déterminer les proportions des composants :

• 1 Titration : dosage acido-basique, oxydo-réduction
• 2 Spectrophotométrie : loi de Beer-Lambert
• 3 Gravimétrie : pesée des constituants
• 4 Chromatographie : intégration des pics

m_soluté = 8 g (masse de NaCl)

V_solvent = 392 mL = 0.392 L (volume d'eau)

ρ_eau = 1.0 g/mL (masse volumique de l'eau)

M(NaCl) = 58.5 g/mol (masse molaire du NaCl)

c_m = m_soluté / V_solution

On suppose que le volume de la solution ≈ volume de l'eau (approximation valide pour les solutions diluées)

c_m = 8 g / 0.392 L = 20.4 g/L

Réponse : La concentration massique est de 20.4 g/L

c = c_m / M

c = 20.4 g/L / 58.5 g/mol = 0.349 mol/L

Réponse : La concentration molaire est de 0.349 mol/L

m_solution = m_soluté + m_solvent

m_solvent = ρ_eau × V_solvent = 1.0 g/mL × 392 mL = 392 g

m_solution = 8 g + 392 g = 400 g

%_massique = (m_soluté / m_solution) × 100

%_massique = (8 g / 400 g) × 100 = 2%

Réponse : Le pourcentage massique est de 2%

• c_m = m_soluté / V_solution (unité : g/L)
• Quantité de soluté par litre de solution

• c = n_soluté / V_solution (unité : mol/L)
• Quantité de matière de soluté par litre de solution

• %_massique = (m_composant / m_total) × 100
• %_volumique = (V_composant / V_total) × 100
• w_i = m_i / m_total (fraction massique)
• φ_i = V_i / V_total (fraction volumique)