Corps purs et mélanges : composition

Reconnaître un corps pur, classer un mélange et quantifier sa composition en masse ou en volume.

1 L'idée

La matière est constituée d'espèces chimiques. Un échantillon qui n'en contient qu'une seule est un corps pur ; s'il en contient plusieurs, c'est un mélange. Caractériser la matière, c'est d'abord trancher cette question, puis — pour un mélange — exprimer la proportion de chaque constituant à l'aide d'une grandeur adaptée.

Corps pur ou mélange ?

Corps pur : une seule espèce chimique ; propriétés physiques fixées (température de fusion, densité…). Exemples : eau distillée H₂O, fer Fe, dioxygène O₂.
Mélange homogène : plusieurs espèces chimiques, mais une seule phase visible à l'œil nu. Exemples : eau salée, air.
Mélange hétérogène : plusieurs phases distinctes visibles. Exemples : eau + huile, granit (quartz + feldspath + mica).

3 Quantifier la composition d'un mélange

Fraction massique

$w_i = \dfrac{m_i}{m_{\text{total}}} \quad (\text{sans unité, souvent en }\%)$

Fraction volumique

$\varphi_i = \dfrac{V_i}{V_{\text{total}}} \quad (\text{sans unité, souvent en }\%)$

Concentration massique

$C_m = \dfrac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}} \quad (\text{en g·L}^{-1})$

4 Exemples calculés

Fraction massique — eau salée

On dissout $15\,\text{g}$ de sel dans $135\,\text{g}$ d'eau. Masse totale : $m = 15 + 135 = 150\,\text{g}$.

Fraction massique du sel : $w(\text{NaCl}) = \frac{15}{150} = 0{,}10 = 10\,\%$.

Fraction massique de l'eau : $w(\text{H}_2\text{O}) = 1 - 0{,}10 = 0{,}90 = 90\,\%$.

Concentration massique — solution de glucose

On dissout $5{,}0\,\text{g}$ de glucose dans de l'eau pour obtenir $250\,\text{mL} = 0{,}250\,\text{L}$ de solution.

$C_m = \dfrac{5{,}0}{0{,}250} = 20\,\text{g·L}^{-1}$.

Méthode — calculer la composition d'un mélange

Identifier la grandeur demandée : fraction massique (en masse), fraction volumique (en volume) ou concentration massique.
Relever $m_i$ et $m_{\text{total}}$ (ou $V_i$ et $V_{\text{total}}$, ou $m_{\text{soluté}}$ et $V_{\text{solution}}$).
Appliquer la formule. Les fractions sont sans unité ; multiplier par 100 pour obtenir un pourcentage.
Convertir les volumes en litres avant de calculer $C_m$ : $250\,\text{mL} = 0{,}250\,\text{L}$.
Vérifier : la somme de toutes les fractions massiques (ou volumiques) vaut 1 (soit 100 %).

Erreurs fréquentes

Confondre fraction massique (sans unité) et concentration massique (en $\text{g·L}^{-1}$) : ce sont deux grandeurs différentes.
Oublier de convertir les mL en L avant de calculer $C_m$ : diviser par 1 000.
Croire qu'une solution transparente est forcément un corps pur : elle peut être un mélange homogène limpide.
Supposer que le volume total est toujours la somme des volumes des constituants : c'est une approximation, pas une loi générale.