Sur l’étiquette d’une bouteille d’eau minérale, on lit : calcium, magnésium, sodium… Pourtant l’eau paraît parfaitement claire et pure ! Dans le langage courant, « pur » veut dire « propre » ou « naturel ». En sciences physiques, le mot a un sens bien plus précis : on distingue les mélanges et les corps purs. Voyons comment les reconnaître.
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Corps purs et mélanges
Autour de nous, la matière est rarement formée d’un seul constituant. Un jus d’orange, l’air, un granite, une pièce de monnaie : tous contiennent plusieurs espèces chimiques. Au contraire, le sucre en cristaux, le fer d’un clou ou l’eau distillée n’en contiennent qu’une.
Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique. Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques : ce sont ses constituants.
Mélanges homogènes et hétérogènes
Dans un mélange homogène, on ne distingue pas les constituants à l’œil nu : l’aspect est le même partout. L’eau sucrée, l’air ou le vinaigre en sont des exemples. Dans un mélange hétérogène, on distingue au moins deux constituants : l’eau avec de l’huile, de l’eau avec du sable, un jus d’orange avec sa pulpe.
| Matière | Type | Constituants |
|---|---|---|
| Eau distillée | corps pur | eau |
| Eau minérale | mélange homogène | eau, calcium, magnésium, sodium… |
| Air | mélange homogène (gaz) | diazote, dioxygène, argon… |
| Vinaigrette | mélange hétérogène | huile, vinaigre |
| Alliage de cuivre et de zinc (laiton) | mélange homogène (solide) | cuivre, zinc |
Le modèle particulaire aide à comprendre : un corps pur est formé d’un seul type de particules. Un mélange en contient plusieurs types ; elles sont uniformément réparties dans un mélange homogène, et regroupées par zones dans un mélange hétérogène.
Un liquide transparent n’est pas forcément un corps pur : l’eau salée ou l’eau minérale sont transparentes mais ce sont des mélanges. De même, « naturel » ne veut pas dire « pur ».
Identifier un corps pur par ses grandeurs caractéristiques
Pour savoir si un liquide est un corps pur, on ne peut pas se fier à son aspect. On mesure des grandeurs physiques. La plus utile est la température de changement d’état : elle est constante pour un corps pur et caractéristique de la substance. L’eau pure bout à 100 °C et gèle à 0 °C (pression normale). Un mélange, lui, change d’état sans palier de température fixe.
On peut aussi utiliser la masse volumique ρ = m ÷ V. Un corps pur a une masse volumique bien définie : 1,00 g/mL pour l’eau pure, 0,79 g/mL pour l’éthanol. Si la valeur mesurée est différente, ou si elle varie d’un échantillon à l’autre, c’est un mélange.
Pour tester un liquide : (1) le chauffer et suivre la température ; (2) mesurer sa masse volumique. Un palier de température et une masse volumique égale à la valeur tabulée indiquent un corps pur.
Un liquide transparent a une masse de 79,0 g pour un volume de 100 mL. Sa masse volumique est ρ = 79,0 ÷ 100 = 0,79 g/mL. Cette valeur correspond à l’éthanol : si de plus il bout à 78 °C avec un palier, c’est de l’éthanol pur. Une eau de mer de masse volumique 1,03 g/mL n’est pas de l’eau pure (1,00 g/mL) : c’est un mélange.
Séparer et purifier les constituants
Les constituants d’un mélange peuvent être séparés par des techniques simples : la décantation et la filtration pour les mélanges hétérogènes, l’évaporation pour récupérer un solide dissous, la distillation pour séparer des liquides ou obtenir de l’eau pure à partir d’eau salée. Dans la distillation, l’eau est vaporisée puis liquéfiée dans un tube refroidi, alors que le sel reste dans le ballon.
Corps pur = un seul constituant. Mélange = plusieurs constituants. Homogène = je ne vois qu’une seule matière ; hétérogène = j’en vois plusieurs.
L’essentiel à retenir
- Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique ; un mélange en contient plusieurs.
- Un mélange est homogène si on ne distingue pas ses constituants à l’œil nu, hétérogène sinon.
- Un corps pur a une température de changement d’état constante et une masse volumique caractéristique.
- Un mélange change d’état sans palier de température fixe.
- Un liquide transparent peut être un mélange (eau minérale, eau de mer).
- On sépare les constituants d’un mélange par filtration, décantation, évaporation ou distillation.