La matière : substances pures et mélanges

La matière.

La matière a un volume (occupe de l’espace) et une masse (tu peux la peser pour trouver sa masse).

La matière est formée de très petites particules. Toutes les substances sont formées de petites particules.

Si tu pouvais agrandir une particule d’eau pour qu’elle mesure 1 cm, la goutte d’eau aurait 10 000 km de diamètre. Elle serait presque aussi grosse la terre entière (12742 km).

La théorie particulaire de la matière.

  • Toute la matière est faite de petites particules. Différentes matières sont formées de différentes particules.
  • Il y a de l’espace vide entre les particules.
  • Les particules bougent constamment, elles vibrent.
  • Plus tu réchauffe une substance, plus ses particules vibrent.
  • Les particules s’attirent les unes les autres.

Enrichissement. Il y a une température très basse où les particules arrêtent toutes de bouger, c’est le ZÉRO ABSOLU qui est à -273oC. Le record de froid naturel sur terre est de −89°C. L’air (azote et oxygène) devient un liquide à -196°C).


Les états de la matière.

La matière existe sous trois phases principales.

  • Solide: les particules vibrent mais gardent une structure
  • Liquide: les particules sont libres, se déplacement mais restent proches. Les liquides prennent la forme des récipients où ils se trouvent ou se répandent.
  • Gaz: les particules sont complètement libres, se déplacent très vite et n’ont pas de structure.

Quelques vidéos.

Enrichissement. Les scientifiques connaissent d’autres états de la matière.

  • Le plasma qui est un gaz ionisé ou un gaz « électrifié ». Un exemple de plasma est le gaz dans une lampe fluorescente ou quand il y a de la foudre.
  • Le condensat de Bose-Einstein. Quand les particules sont proches du zéro absolu, à -273o C, les particules cessent de vibrer, se fusent les uns avec les autres et se comportent comme une super particule.

Les changements d’états ou phases.

Quand tu changes la température, c’est à dire l’agitation des particules, tu peux changer d’état. Un solide peut devenir liquide, un liquide un gaz, un gaz un liquide …

  • Solide et liquide.
    • De solide à liquide : fusion. Exemple : la glace qui fond est en fusion.
    • De liquide à solide : solidification ou congélation. Exemple la pluie qui devient de la glace au sol.
  • Liquide et gaz
    • De liquide à gaz : c’est l’évaporation ou la vaporisation. Exemple, quand l’eau se met à bouillir ou quand de l’eau s’évapore à température normale.
    • De gaz à liquide : c’est la liquéfaction ou la condensation. Exemple, quand l’eau en vapeur forme des gouttelettes d’eau liquide.
  • Gaz et solide
    • Un solide peut devenir un gaz. C’est la sublimation. Exemple, la glace et la neige peuvent devenir de la vapeur d’eau au soleil.
    • Un gaz peut devenir un solide, c’est aussi la condensation. Exemple, quand tu prends du dioxyde de carbone et que ça deviens de la glace carbonique à basse température.


Les substances pures et les mélanges 

La matière peut être classée selon qu’elle est une substance pure ou un mélange.

  • Une substance pure: toutes les particules sont identiques.
  • Les mélanges peuvent être aussi classés en deux catégories :
    • Les mélanges mécaniques: le mélange est visible à l’œil nu. On dit que c’est hétérogène car il y a différentes parties.
    • Les solutions: le mélange n’est pas visible à l’œil nu. La solution est homogène car c’est uniforme.

Quelques vidéos


Les solutions : solvants et solutés.  

Le mélange homogène de plusieurs substances pures est une solution. Dans une solution il y a deux parties :

  • Une substance majoritaire, la plus importante : c’est le solvant.
  • Une ou plusieurs substances minoritaires : c’est le ou les solutés.

Les solutés sont dissouts (du verbe dissoudre) dans le solvant.

Les solutions liquides : Il s’agit de solutions où le solvant et le soluté sont tous les deux des liquides.

  • Exemple : alcool dilué dans de l’eau.
  • Exemple : parfum dilué dans l’alcool

Les solutions solides : Il s’agit de solutions où le solvant et le soluté sont tous les deux des solides. On parle plus souvent d’alliages.

  • Exemple : le carbone dissout dans du fer donne de l’acier.
  • Exemple : l’étain dissout dans du cuivre donne du bronze
  • Exemple : le zinc dissout dans du cuivre donne du laiton

Les solutions gazeuses

Il s’agit de solutions où le solvant et le soluté sont tous les deux des gaz.


La dissolution et la théorie particulaire.

La concentration. La concentration est la quantité mesurée de soluté dans une quantité mesurée de solvant. On exprime la concentration avec des unités de mesure.

Exemple : 100 grammes de sel dans 1 litre d’eau. La concentration de sel est de 100 grammes / litre.

Une solution concentrée est une solution où il y a une grande quantité de soluté.

Une solution diluée est une solution où il y a une faible quantité de soluté.

La solubilité. C’est la quantité de soluté qu’on peut dissoudre dans un solvant. Quand on a dissous la quantité maximale de soluté dans un solvant, on a une solution saturée.

Solubilité = (masse maximale de soluté) / (volume du solvant)

Exemple : La solubilité maximale du sel est de 357 grammes dans un litre d’eau.

Tableau de solubilité.

Soluté Solubilité dans 1 litre d’eau glacée.
Bicarbonate de soude

69 g/l

Gaz carbonique 3,4 g/l
Sel d’epsom 700 g/l
Sel de table 357 g/l
Sucre 1792 g/l
Huile d’olive Zero – Insolubre

 

Le taux de dissolution. C’est la vitesse à laquelle se dissout une substance. On peut accélérer le taux de dissolution en agitant et en augmentant la surface de contact. 

 


Les éléments et les composés 

Enrichissement : les substances pures peuvent aussi être classées en deux catégories.

  • Les éléments. Il faut savoir qu’il existe dans l’univers une centaine d’éléments qui forment toutes les substances possibles. On les a classés dans le tableau périodique. On parle ici d’atomes. Exemple : azote, carbone, hydrogène, or, uranium, fluor, sodium, einsteinium …
  • Les composés. D’autres substances pures sont formées à partir de combinaisons d’éléments. On parle ici de molécules, formées de plusieurs atomes. Exemple : la particule d’eau ou molécule d’eau est formée de deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène ou H2O.

Les substances pures sont formées d’éléments et de composés.

Les éléments : il en existe une centaine qu’on regroupe dans le tableau périodique. Exemple : chlore, carbone, azote, oxygène, hélium, hydrogène. Ce sont les atomes de l’univers.

Les composés : ce sont des regroupements d’éléments, qu’on nomme molécule. Exemple H2O, CO2, ou NaCl. Tous les composés sont formés par des éléments selon des règles précises. 


Accélérer la dissolution

On peut changer la vitesse de dissolution avec :

  • l’agitation de la solution
  • des particules plus petites (surface exposée)

Séparer des mélanges.

Pour séparer les mélanges mécaniques on doit utiliser des techniques comme :

  • Le triage
  • La flottation
  • La décantation
  • Un aimant
  • La centrifugation
  • Les tamis et les filtres

Séparer des solutions.

L’évaporation : quand le solvant s’évapore, le soluté se cristallise ou se reforme. Le soluté ne peut pas s’évaporer avec le solvant. C’est un processus pour séparer les solutions liquides qui ont un soluté qui était solide.

La distillation : on chauffe le liquide constitué de plusieurs liquides pour qu’ils se séparent.

  • Exemple : eau et alcool avec tube de refroidissement.
  • Exemple : une colonne de distillation de pétrole.

 

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