- Tout d'abord, nous parlerons de la différence entre un mélange et une solution.
- Ensuite, nous examinerons les différents types de mélanges et de solutions.
- Ensuite, nous découvrirons leurs propriétés.
- Enfin, nous parlerons de la signification des substances pures.
Différence entre un mélange et une solution
Pour ton examen de chimie AP, tu dois connaître les définitions suivantes concernant les solutions et les mélanges.
Une solution est un mélange dans lequel toutes les particules sont uniformément mélangées. Les solutions sont considérées comme des mélanges homogènes et peuvent comprendre des solides, des liquides et des gaz.
Une solution est composée d'un soluté et d'un solvant. Un soluté est une substance qui se dissout dans un solvant. Le solvant est un milieu dans lequel le soluté est dissous. Dans les solutions, les propriétés macroscopiques ne varient pas d'un bout à l'autre de l'échantillon.
En résumé, on appelle une solution un mélange homogène. Les solutions ont une composition uniforme.
Pour former une solution, les forces intermoléculaires présentes à la fois dans le soluté et le solvant doivent être rompues, puis de nouvelles forces intermoléculaires doivent se former entre eux .
L'eau est considérée comme un solvant universel en raison de sa capacité à dissoudre de nombreuses substances ! L'eau est capable de dissoudre les composés ioniques, ainsi que les composés covalents polaires. Lorsque l'eau dissocie les composés ioniques, des solutions électrolytiques se forment. Ces solutions sont capables de conduire l'électricité en raison de la présence d'ions dans la solution !
Lorsque l'eau est utilisée comme solvant, la solution est appelée solution aqueuse.
Un mélange, quant à lui, est constitué de particules qui ne peuvent pas se mélanger uniformément et sont donc considérées comme hétérogènes. Dans les mélanges, les propriétés macroscopiques varient en fonction de l'endroit où l'on se trouve dans le mélange.
On parle alors de mélange hétérogène.
Avant de plonger dans les différents types de mélanges et de solutions, nous devons nous rappeler les bases de la solubilité.
- Dans les solides, la solubilité dans l'eau augmente avec la température.
- Dans les gaz, la solubilité dans l'eau diminue avec l'augmentation de la température.
- La plupart des composés ioniques contenant Li+, Na+, K+, NH4+, NO3- ou CH3CO2- sont considérés comme solubles dans l'eau.
La solubilité d'un soluté correspond à la quantité maximale de soluté capable de se dissoudre dans 100 grammes de solvant à une température donnée.
Types de solutions et de mélanges
Lessolutions peuvent être formées à partir de n'importe quelle combinaison de solide, de liquide ou de gaz. Dans le tableau ci-dessous, tu trouveras quelques exemples de solutions !
Exemples de solutions
| Soluté primaire | Solvant | Solution |
| Acide acétique (liquide) | Eau (liquide) | Vinaigre (liquide-liquide) |
| Zinc (solide) | Cuivre (solide) | Laiton (solide) |
| Oxygène (gaz) | Azote (gaz) | Air (gaz-gaz) |
| Chlorure de sodium (solide) | Eau (liquide) | Eau salée (solide-liquide) |
| Dioxyde de carbone (gaz) | Eau (liquide) | Eau gazeuse (gaz-liquide) |
Les solutions peuvent être classées en plusieurs catégories :
Solutions diluées
Solutions concentrées
Solutions saturées
Solutions sursaturées
Solutions non saturées
De nos jours, un domaine de la chimie qui fait l'objet de recherches très intenses est celui du stockage efficace de l'hydrogène. L'un des principaux problèmes de la production d'énergie verte est la nécessité de stocker cette énergie. Produire de l'hydrogène à partir de l'énergie (par exemple solaire) est une très bonne approche. Mais que fais-tu de l'hydrogène ? Une idée consiste à le dissoudre dans des métaux comme le palladium. Oui, il s'agirait de gaz dans une "solution solide". De nombreux autres éléments sont capables de dissoudre l'hydrogène gazeux en leur sein - on les appelle d'ailleurs des hydrures interstitiels. C'est une très bonne solution pour le transport de l'hydrogène, mais malheureusement très coûteuse.
Solutions diluées et solutions concentrées
Lorsque tu ajoutes une tasse de jus d'orange concentré à un bocal contenant trois tasses d'eau pour faire du jus d'orange, tu prépares en fait une solution de dilution ! Les solutions diluées sont des solutions qui contiennent une faible quantité de soluté.
Les dilutions sont généralement effectuées par les chimistes pour réduire la concentration des solutions. La concentration est une mesure de la quantité de soluté dissous dans le solvant.
Ladilution consiste à ajouter plus de solvant à une quantité fixe de soluté, ce qui augmente le volume et diminue la concentration de la solution.
Lessolutions concentrées sont le contraire des solutions diluées et contiennent une grande quantité de soluté. Les solutions concentrées peuvent être divisées en solutions non saturées, saturées et sursaturées .
Savais-tu que des solutions diluées de phénol (acide carbolique) étaient déjà utilisées dans les hôpitaux comme antiseptiques pour tuer les micro-organismes infectieux ? Joseph Lister a été le premier à stériliser des instruments chirurgicaux avec du phénol et à utiliser le phénol pour désinfecter les plaies !
Solutions non saturées
Lessolutions insaturées sont des solutions qui contiennent moins que la quantité maximale de soluté qui peut être dissoute dans le solvant. Ainsi, si tu décidais d'ajouter plus de soluté à une solution insaturée, le soluté se dissoudrait sans problème et ne laisserait aucune trace !
Par exemple, si tu ajoutes du sel à une tasse d'eau et que le sel se dissout complètement, tu as alors une solution insaturée.
Solutions saturées
Lessolutions saturées sont des solutions dans lesquelles la quantité maximale de soluté est dissoute. En d'autres termes, si tu y ajoutais plus de soluté, celui-ci ne se dissoudrait pas. Au lieu de cela, il coulerait au fond de la solution.
Lorsqu'une solution devient saturée, cela signifie que la vitesse à laquelle le soluté se dissout dans le solvant est égale à la vitesse à laquelle la solution saturée se forme. C'est ce qu'on appelle la cristallisation.
Fig.1 - Cristallisation
Pense à une fois où tu as ajouté du sucre à ton café ou à ton thé, et où il est arrivé un moment où le sucre a cessé de se dissoudre. C'est un exemple de solution saturée !
Si tu mélanges deux substances et qu'elles ne se dissolvent pas l'une dans l'autre (mélanger de l'huile et de l'eau ou mélanger du sel et du poivre), une solution saturée ne peut pas se former.
Solutions sursaturées
Les solutionssursaturées sont des solutions qui contiennent plus que la quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans le solvant. Les solutions sursaturées se forment lorsqu'une solution saturée est chauffée à haute température et qu'on y ajoute du soluté. Lorsque la solution refroidit, aucun précipité ne se forme.
Fig.2-Formation d'une solution sursaturée
Les solutions sursaturées n'ont pas toujours besoin d'être chauffées pour se former. Le miel est une solution sursaturée composée de plus de 70 % de sucre ajouté à une très faible teneur en eau. Les solutions sursaturées sont instables et, comme on le voit dans le miel, elles se cristallisent avec le temps pour former une solution saturée stable.
Voyons maintenant les différents types de mélanges ! Les mélanges peuvent être homogènes et hétérogènes.
Cependant, dans le cadre des examens AP, le terme "mélanges " ne désigne que les mélanges hétérogènes ! Pour simplifier les choses, concentrons-nous sur ce que sont les mélanges hétérogènes.
Mélanges hétérogènes
Lorsqu'un mélange contient des substances dont la composition n'est pas uniforme, on lui donne le nom de mélange hétérogène . Ce type de mélange peut être séparé par des moyens physiques. Ta pizza préférée est un type de mélange hétérogène !
Lessuspensions sont un type de mélange hétérogène. Pour mélanger les substances contenues dans une suspension, une force extérieure est nécessaire. Mais au bout d'un moment, les substances se séparent à nouveau. Un exemple courant de suspension est la vinaigrette, composée d'huile et de vinaigre.
Essaie de mélanger de l'huile et du vinaigre chez toi et observe comment les deux substances se séparent : l'huile en haut et le vinaigre en bas !
Maintenant que nous avons appris ce que sont les mélanges et les solutions, et les types qui existent, concentrons-nous sur les propriétés des mélanges et des solutions !
Propriétés des mélanges et des solutions
Lessolutions sont un type de mélange homogène composé de particules de très petit diamètre qui se dissolvent complètement dans la solution et ne sont pas visibles à l'œil nu. Elles ne sont pas capables de diffuser des faisceaux de lumière et ne peuvent pas être séparées par filtration. Les solutés sont également stables à une température donnée.
Lesmélanges, en revanche, sont des mélanges hétérogènes constitués de particules qui peuvent être séparées. Les mélanges n'ont pas une composition uniforme et les différentes parties peuvent être vues à l'œil nu. Les mélanges sont capables de diffuser la lumière.
Molarité (concentration molaire)
Nous pouvons exprimer la composition d'une solution en utilisant la molarité. La molarité est la concentration du soluté.
Lamolarité, qui est également connue sous le nom de concentration molaire, indique le nombre de moles d'un soluté dans 1 L de solution.
L'équation de la molarité est la suivante :
Prenons un exemple !
Combien de moles de MgSO4trouve-t-on dans 0,15 L d'une solution de 5,00 M ?
Les questions nous donnent la molarité et les litres de solution. Il suffit donc de réarranger l'équation et de résoudre les moles de MgSO4.
Calcul de dilution impliquant la molarité
Nous avons dit précédemment que lorsque l'on ajoute du solvant à un échantillon, celui-ci devient moins concentré (dilué). L'équation de dilution est la suivante :
Où ,
- M1 est la molarité avant dilution
- M2 est la molarité après dilution
- V1 est le volume de la solution avant dilution (en L)
- V2est le volume dela solution après dilution (en L)
Trouve la molarité de 0,07 L d'une solution de KCl 4,00 M lorsqu'elle est diluée à un volume de 0,3 L.
Remarque que la question nous donneM1, V1 etV2. Nous devons donc résoudreM2 à l'aide de l'équation de dilution ci-dessus.
Mélange de substances pures et solution
L'eau pure est composée de molécules d'hydrogène et d'oxygène, et elle est considérée comme unesubstance pure. Le fer, le NaCl (sel de table), le sucre (saccharose) et l'éthanol sont des exemples de substances pures.
Une substance pure désigne un élément ou un composé qui a une composition définie et des propriétés chimiques distinctes.
Si une solution a une composition constante, alors elle peut également être considérée comme un type de substance pure. Par exemple, une solution contenant du sel dissous dans de l'eau est une substance pure car la composition de la solution reste la même tout au long du processus.
Lesmélanges (mélanges hétérogènes) ne sont pas considérés comme des substances pures en raison des différences de composition.
Certaines substances sont considérées comme une zone grise pour ce qui est de savoir s'il s'agit de substances pures ou non. Les substances de cette catégorie sont généralement celles qui n'ont pas de formule chimique, comme le lait, l'air, le miel et même le café !
Après avoir lu ceci, j'espère que tu te sens plus confiant quant à la différence entre les solutions et les mélanges, et que tu es prêt à affronter n'importe quel problème qui se présente à toi !
Solutions et mélanges - Points clés
- On appelle solution un mélange homogène composé d'un soluté et d'un solvant.
- Un mélange est un mélange hétérogène, également composé d'un soluté et d'un solvant.
- Les solutions peuvent être classées comme diluées, concentrées, insaturées, saturées et sursaturées.
- Une substance pure est un élément ou un composé qui a une composition définie et des propriétés chimiques distinctes. Les solutions peuvent être des substances pures, mais pas les mélanges.
Références
- Brown, T. L. (2009). Chemistry : The Central Science. Pearson Education.
- The Princeton Review. (2019). Réussir l'examen de chimie de l'AP 2020. Princeton Review.
- Description du cours et de l'examen AP Chemistry... - AP central. (n.d.). Consulté le 29 avril 2022 sur le site https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry.
- Swanson, J. W. (2020). Tout ce dont tu as besoin pour être un as de la chimie dans un seul gros cahier. Workman Pub.
- Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2020). Chimie générale, organique et biologique : Structures Of Life. Upper Saddle River : Pearson.
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