Aller au contenu
connaissance.org

Sciences · Chimie

Mélanges et corps purs

Un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique, comme l’eau distillée ; un mélange en contient plusieurs, comme l’eau minérale ou l’air. Les constituants d’un mélange peuvent être séparés.

Mis à jour le 4 min de lecture

Dans la vie courante, « pur » signifie souvent « naturel » ou « non pollué » : une eau de source « pure », un jus « pur fruit ». En chimie, le mot a un sens précis : un corps pur ne contient qu'une seule espèce chimique. Une eau de source, qui contient des sels minéraux dissous, est en réalité un mélange.

Corps purs simples et composés

TypeDéfinitionExemples
Corps pur simpleformé d’un seul élément chimiquedioxygène O₂, diazote N₂, fer Fe, cuivre Cu, diamant C, ozone O₃
Corps pur composéformé de plusieurs éléments liés chimiquement dans des proportions fixeseau H₂O, dioxyde de carbone CO₂, chlorure de sodium NaCl, saccharose C₁₂H₂₂O₁₁

Un corps pur composé peut être décomposé en corps purs simples par une réaction chimique (l'électrolyse de l’eau donne du dihydrogène et du dioxygène), mais pas par un procédé physique comme la filtration ou la distillation.

Reconnaître un corps pur

Un corps pur possède des caractéristiques physiques constantes, qui permettent de l’identifier :

  • température de fusion et d’ébullition fixes à pression donnée (l’eau pure fond à 0 °C et bout à 100 °C sous 1 atm) ;
  • masse volumique (1,00 g/mL pour l’eau à 4 °C) ;
  • indice de réfraction, couleur, etc.

Lors d’un changement d’état, la température d’un corps pur reste constante : c’est le palier de changement d’état (voir états de la matière). Un mélange, lui, change d’état sur une plage de température : l’eau salée gèle en dessous de 0 °C et la température baisse progressivement pendant la solidification.

Mélanges homogènes et hétérogènes

TypeÀ l’œil nuExemples
Homogèneon ne distingue qu’une seule phaseeau salée, eau sucrée, air, vinaigre, vin, laiton (alliage)
Hétérogèneon distingue au moins deux constituants ou phaseseau et huile, eau boueuse, granite, jus d’orange avec pulpe, vinaigrette

Un mélange homogène liquide dans lequel un constituant est dissous s’appelle une solution (voir solutions et concentration). Deux liquides qui forment un mélange homogène sont miscibles (eau et alcool) ; s’ils restent séparés, ils sont non miscibles (eau et huile).

Certains mélanges paraissent homogènes mais ne le sont pas à l’échelle microscopique : le lait, la mayonnaise (des émulsions), le brouillard ou la fumée. On parle de colloïdes.

L’air, un mélange gazeux

Constituant de l’air secProportion en volume
Diazote N₂78,1 %
Dioxygène O₂20,9 %
Argon Ar0,93 %
Dioxyde de carbone CO₂environ 0,04 %
Autres (néon, hélium, méthane…)traces

L’air contient aussi de la vapeur d’eau en proportion variable, de 0 à environ 4 % (voir atmosphère).

Mélange ou réaction chimique ?

Dans un mélange, les constituants gardent leurs propriétés et peuvent être séparés par des procédés physiques. Lors d’une réaction chimique, de nouvelles espèces se forment, avec de nouvelles propriétés. Mélanger de la poudre de fer et de la poudre de soufre donne un mélange : un aimant récupère le fer. Chauffer ce mélange produit du sulfure de fer, un corps composé : l’aimant ne l’attire plus.

Les techniques de séparation

TechniquePrincipeMélange concernéExemple
Décantationlaisser reposer : le constituant le plus dense tombe au fondhétérogène (solide/liquide, liquides non miscibles)eau boueuse ; ampoule à décanter pour eau et huile
Filtrationretenir les particules solides sur un filtrehétérogène solide/liquidecafé filtre, eau trouble
Centrifugationaccélérer la décantation par rotation rapidehétérogèneséparation des composants du sang, essoreuse
Évaporationchauffer pour éliminer le solvantsolution (récupérer le soluté)marais salants
Distillationvaporiser puis condenser le constituant le plus volatilhomogène (liquides de températures d’ébullition différentes)eau distillée, alcools, raffinage du pétrole
Chromatographieles constituants migrent à des vitesses différentes sur un supporthomogènecolorants d’une encre, analyse de laboratoire
Extraction par solvantdissoudre sélectivement un constituant dans un autre solvanthomogène ou hétérogèneparfums, décaféination
Tri magnétiqueattirer les constituants ferreux avec un aimanthétérogène solidetri des déchets métalliques
Tamisageséparer selon la taille des grainshétérogène solidesable et graviers

La distillation en détail

Le mélange est chauffé dans un ballon. Le constituant dont la température d’ébullition est la plus basse se vaporise en premier ; la vapeur monte, passe dans un réfrigérant où elle se condense, et le liquide obtenu, le distillat, est recueilli. En raffinerie, la distillation fractionnée du pétrole brut sépare dans une colonne haute de plusieurs dizaines de mètres les gaz, l’essence, le kérosène, le gazole et les fiouls lourds.

L’eau : pure ou pas ?

EauNature
Eau distillée ou déminéraliséepresque un corps pur
Eau du robinetmélange homogène (sels minéraux, traces de chlore)
Eau minéralemélange homogène, à composition indiquée sur l’étiquette
Eau de mermélange homogène (environ 35 g de sels dissous par kg)
Eau boueusemélange hétérogène

Une eau parfaitement pure n’est d’ailleurs pas recommandée à boire en grande quantité : les sels minéraux apportés par l’eau courante participent à l’équilibre de l’organisme (voir l’eau).

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un corps pur et un mélange ?

Un corps pur ne contient qu’une seule espèce chimique ; un mélange en contient au moins deux. Le corps pur a des températures de changement d’état fixes, le mélange non.

L’eau minérale est-elle un corps pur ?

Non. Elle contient des ions dissous (calcium, magnésium, hydrogénocarbonate…) : c’est un mélange homogène.

L’air est-il un corps pur ?

Non. C’est un mélange homogène de gaz, principalement de diazote et de dioxygène.

Comment séparer l’eau et le sel ?

Par évaporation de l’eau, qui laisse le sel (méthode des marais salants), ou par distillation, qui permet de récupérer aussi l’eau.

À lire aussi

Chimie : toutes les fiches