Composition élémentaire des substances pures

Classification de la matière selon sa composition

Lorsque tu penses à la classification de la matière, tu penses probablement aux trois états de la matière : solide, liquide et gazeux. Mais, pour reprendre la métaphore du beignet, nous pouvons aussi classer la matière en fonction de ce dont elle est faite (c'est-à-dire sa composition chimique) ! Alors, qu'est-ce qui compose la matière ? Eh bien, au niveau moléculaire, toute la matière est constituée d'atomes qui peuvent former des éléments, des composés et des molécules! Même avec tous ces différents composants, la matière peut être divisée en deux grandes catégories en fonction de sa composition : les substances pures et les mélanges. Nous consacrerons la majeure partie de notre temps aux substances pures, mais nous aborderons brièvement les mélanges ! Alors, plongeons dans les substances pures !

Définition des substances pures

Une façon simple d'envisager les substances pures est de dire qu'elles sont composées d'un seul type de matière qui a toujours les mêmes propriétés, comme le point de fusion, le point d'ébullition, la densité, etc.

Peux-tu deviner ce que sont les substances pures dans ta vie quotidienne ? Je parie que tu as du sel (NaCl) et des boîtes de conserve (Sn) dans ton garde-manger ! Ce sont des exemples parfaits de substances pures car le sel est composé uniquement de molécules de NaCl, et l'étain est composé uniquement d'atomes d'étain.

Mais attends, tu as peut-être remarqué une différence entre le sel et l'étain et tu t'es demandé comment exactement le sel n'est constitué que d'un seul type de matière alors qu'il s'agit de deux atomes différents liés ensemble ?

Les substances pures peuvent être divisées en deux catégories : les éléments et les composés.

Exemples de substances pures

Nous allons passer un peu de temps à étudier les éléments et les composés séparément, ainsi que quelques exemples courants de chacun d'entre eux !

Les éléments

Si les éléments te semblent familiers, tu penses à juste titre aux 118 éléments du tableau périodique. L'étain est un exemple d'élément !

Voici quelques exemples courants d'éléments :

• Hydrogène (H), oxygène (O) et azote (N) - se présentent généralement sous forme de molécules diatomiques.
• L'or (Ag), le fer (Fe) et le cuivre (Cu) - sont des métaux qui existent généralement seuls.
• Le sodium (Na), le potassium (K) et le lithium (Li) - n'existent naturellement que sous forme de composés.

Fig.1 - Les éléments contiennent un type d'atome

Les composés

La deuxième catégorie de substances pures est celle des composés!

Pour en revenir à notre exemple du sel et de l'étain, le sel de table est un composé. Chaque échantillon de sel de table sera toujours composé de deux atomes liés (sodium et chlore), mais par un changement chimique, il peut être décomposé en atomes de sodium et de chlore !

Penses-tu à des exemples courants de composés?

En voici quelques-uns :

• Eau _-H2O
• Dioxyde de carbone _-CO2
• Bicarbonate de soude _-NaHCO3
• Alcool - _C2H6O

Fig._2-H2Ocontient deux atomes différents provenant de deux éléments différents.

Avant de définir l'autre catégorie de matière connue sous le nom de mélanges, il est essentiel de comprendre comment trouver le pourcentage exact des éléments qui composent un composé !

Composition en pourcentage et formule empirique

Souvent, si nous analysons un composé, nous voudrons déterminer le ratio de tous les différents éléments présents dans le composé par rapport à l'ensemble des composés. Tu te diras peut-être que le rapport ne change pas en fonction de la quantité du composé que nous avons ? Eh bien, en raison d'un concept connu sous le nom de loi des proportions définies, les composés seront toujours composés d'un rapport fixe d'éléments par masse, quelle que soit la taille de l'échantillon ! Nous pouvons déterminer ce rapport de masse en calculant le pourcentage de composition du composé.

Fig.3-Conceptualisation de la composition en pourcentage d'un élément dans un composé.

La formule du pourcentage de composition est la suivante :

$$\\N- Composition=\Nfrac{masse\Nde l'élément\Nprésent dans le composé}{total\Nmoléculaire\Nmasse\Ndu composé}*100\N$$.

Il s'agit d'une démonstration très simple de la façon de trouver la composition en pourcentage. Consulte la rubrique Formules moléculaires et empiriques, où nous aborderons des exemples plus avancés !

Formule empirique

Supposons que la formule moléculaire d'un composé soit _C6H10O4. La formule empirique serait _C3H5O2. Cela revient à réduire les fractions à leur forme la plus simple !

Nous pouvons souvent utiliser des compositions en pourcentage pour déterminer la formule empirique d'un composé.

Composition des mélanges

Pour terminer, nous allons nous pencher sur le deuxième type de substance : les mélanges!

Pour comprendre les mélanges, disons que nous avons pris du NaCl et que nous l'avons dissous dans de l'eau. Que crée la combinaison de ces deux substances pures ? Le mélange d'eau salée.

Fig.4 - L'or et le fer sont des éléments qui, lorsqu'ils sont mélangés, deviennent un mélange tout en conservant leurs propriétés chimiques individuelles.

Les principales différences entre les composés et les mélanges sont :

1. Dans les mélanges, les substances pures sont physiquement "mélangées", alors que, dans les composés, les éléments atomiques sont chimiquement liés entre eux.
2. Cela signifie que le sel et l'eau ont les mêmes propriétés chimiques avant et après la création de l'eau salée. Cependant, lorsque le composé NaCl est séparé en ses composants atomiques, le sodium pur devient un solide métallique brillant, et le chlore est un gaz verdâtre qui, lorsqu'il est lié, forme un nouveau composé de cristaux de sel blancs avec de nouvelles propriétés.

Parmi les exemples de mélanges, on peut citer la terre, le thé/jus, l'essence et l'or mélangé au fer !