Seconde : Chimie Cours Chapitre.3 : Séparation et

Seconde : Chimie
Cours
Chapitre.3 : Séparation et identification des espèces chimiques
I. Caractérisation d’une espèce chimique :
Une espèce chimique peut être caractérisée par plusieurs grandeurs physiques dont :
1. La densité :
La densité notée d d’une espèce chimique est une grandeur sans unité.
Définitions :

La densité despèce d’une espèce chimique (liquide ou solide) correspond au rapport de sa masse volumique ρespèce
par la masse volumique ρeau de l’eau.
despèce =
ρespèce
ρeau
Unités :
despèce : densité de l’espèce chimique, sans unité
ρespèce : masse volumique de l’espèce chimique en kg.m-3 (ou en g.cm-3)
ρeau : masse volumique de l’eau en kg.m-3 (ou en g.cm-3)

La masse volumique ρespèce d’une espèce chimique correspond au rapport de la masse mespèce de l’espèce par son
volume Vespèce.
ρespèce =
mespèce
Vespèce
Unités :
ρespèce : masse volumique de l’espèce chimique en kg.m-3
mespèce : masse de l’espèce en kg
Vespèce : volume de l’espèce en m3
Par définition, la masse volumique de l’eau vaut : ρeau = 1,0 g.cm-3 = 1,0 kg.m-3.
Sa densité, par conséquence, vaut : deau = 1
Si la densité d d’une substance chimique est supérieure à 1, alors cette substance est plus dense que l’eau.
Si la densité d d’une substance chimique est inférieure à 1, alors cette substance est moins dense que l’eau.
Remarque :
La masse volumique d’une espèce chimique dépend de la température et de la pression.

2. Températures de changement d’état :
La température de fusion, notée Tf ou Θf, d’une espèce chimique correspond à la température à laquelle cette
espèce passe de l’état solide à l’état liquide. Elle est égale à la température de solidification de cette espèce
chimique, notée Ts ou Θs (passage inverse de la fusion : de l’état liquide à l’état solide) : Θf = Θs.
La température de fusion, comme la température de solidification, d’une espèce chimique sont indépendantes de
la température.
La température de fusion Θf d’une espèce chimique se mesure à l’aide d’un banc Köfler.
La température d’ébullition, notée Teb ou Θeb, d’une espèce chimique correspond à la température à laquelle cette
espèce passe de l’état liquide à l’état gazeux. La température d’ébullition dépend de la température et de la pression.
3. L’indice de réfraction : voir cours de physique
L’indice de réfraction, noté n, caractérise la capacité d’une substance chimique à dévier le trajet de la lumière.
L’indice de réfraction d’un milieu transparent est une grandeur physique sans unité supérieure ou égale à 1 : n  1.
4. La solubilité : voir TP.2
La solubilité d’une espèce chimique, notée s, correspond à la masse maximale de l’espèce chimique, que l’on peut
dissoudre dans un litre de solvant.
Voir exercices d’application n°1/2/3
Chimie : 2nde
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II. La chromatographie
1. Principe de la chromatographie : voir TP.4
La chromatographie est une méthode physique de séparation et d’identification des constituants d’un mélange.
Pour réaliser une chromatographie sur couche mince C.C.M, il faut :
 Un éluant appelé phase mobile
 Un support solide appelé phase fixe
 Des échantillons de référence
 Les échantillons à analyser
 La cuve à chromatographie
Au cours de la chromatographie, l’éluant migre par capillarité le long de la phase fixe. Plus une espèce chimique est soluble
dans l’éluant, plus elle migre rapidement et haut le long de la phase fixe. Inversement, une espèce chimique peu soluble
dans l’éluant migrera peu.
La révélation du chromatogramme permet de faire apparaître les différentes tâches. On peut utiliser la révélation aux
vapeurs de diiode, la révélation au permanganate de potassium, ou encore la révélation à l’aide d’une lampe à rayons
ultraviolets (U.V).
Schéma d’un chromatogramme après révélation
Front du solvant
Phase fixe
A
B
C
Ligne de base ou
ligne de dépôts
D
L’exemple du chromatogramme ci-dessous montre que l’espèce chimique B est peu soluble dans l’éluant utilisé (migre peu),
tandis que l’espèce chimique C est très soluble dans celui-ci (migration importante).
2. Le rapport frontal :
Le rapport frontal, noté Rf, est une grandeur sans unité.
Par définition, le rapport frontal Rf est égale à :
Rf =
h
H
h : hauteur à la ligne de base de la tâche en cm.
H : hauteur de la ligne de base au front du solvant en cm.
H
h
A
Voir exercices d’application n°4/5
Chimie : 2nde
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Chimie : 2nde
Chapitre.3 : Exercices d’application
Exercice.1 :
On utilise, au cours d’une expérience de chimie, les trois espèces chimiques suivantes :
 Le pentane pur
 L’acide benzoïque
 Le pentène pur
Les étiquettes de ces trois produits sont représentées ci-dessous :
Pentane pur
Pentène pur
Température de fusion : - 130 °C
Température d’ébullition : 36 °C
Densité : d = 0,626
Température de fusion : - 165 °C
Température d’ébullition : 30 °C
Densité : d = 0,640
F+
Acide benzoïque pur
Température de fusion : 122 °C
Température d’ébullition : 249 °C
Densité : d = 1,3
N
F+
XN
XN
XN
F+
1. Sous quels états physiques se trouvent les trois espèces chimiques utilisées dans cette expérience, si celle-ci est
effectuée à 25°C et à pression atmosphérique normale ? Justifier.
2. Quelles sont les consignes de sécurité à respecter pour manipuler ces produits chimiques ? Justifier.
3. Quelle précaution doit être prise pour certains produits chimiques en été, ou lors d’une canicule
(température extérieure supérieure à 36°C) ? Justifier.
4. Que dire du pentane pur et du pentène pur par rapport à l’eau ? Justifier.
Exercice.2 :
Afin de déterminer le contenu de 3 bouteilles de produits chimiques, notées 1,2 et 3, on réalise plusieurs mesures :
 Evaluation de la masse m1 volume V1 = 10,0 mL de la bouteille 1 : m1 = 67,2 g
 Evaluation de la masse m2 volume V2 = 20,0 mL de la bouteille 1 : m2 = 75,8 g
 Evaluation de la masse m3 volume V3 = 15,0 mL de la bouteille 1 : m3 = 82,1 g
La masse de l’éprouvette graduée à vide utilisée pour ces trois mesures est m = 59,6 g.
1. Calculer la masse volumique (ρ1, ρ2 et ρ3) de chacun des trois produits chimiques utilisés.
2. Déterminer la densité (d1, d2 et d3) de chacun des trois produits.
3. A l’aide des données suivantes, indiquer le contenu de chacune des bouteilles.
Données :
Masse volumique de l’eau : ρeau = 1,0.103 kg.m-3
Produits chimiques
Chloroforme pur
Dichlorométhane pur
Cyclohexane pur
Hexane pur
Butanol pur
Butylamine pur
Densité
1,5
1,3
0,95
0,66
0,81
0,76
Exercice.3 :
Afin de préparer des coquillettes, on introduit 12,0 g de sel (Chlorure de sodium) dans 600,0 mL d’eau.
La solubilité du chlorure de sodium dans l’eau, et à 20°C, vaut s = 360 g.L-1.
La solution d’eau salée ainsi obtenue est-elle saturée ? Justifier.
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Exercice.4 :
Afin de déterminer les composants principaux de l’huile essentielle de lavande, obtenue après hydrodistillation des fleurs
de lavande, on réalise une chromatographie sur couche mince (C.C.M).
On obtient le chromatogramme suivant, après révélation aux vapeurs de diiode :
Caractéristiques du chromatogramme :
 Eluant : dichlorométhane
 Phase fixe : plaque de silice
 Echantillon A : huile essentielle de lavande
 Echantillon B : linanol
 Echantillon C : acétate de linalyle
A
B
C
1. L’huile essentielle est-elle une espèce chimique pure ? Justifier.
2. Quels constituants peut-on identifier dans l’huile essentielle de lavande ?
3. Déterminer le rapport frontal Rf du linanol et de l’acétate de linalyle.
Exercice.5 :
On effectue une chromatographie d’un sirop de menthe à l’aide d’une phase fixe, le papier de Wathman, et d’un mélange
eau salée-éthanol. Sur la ligne de base, on dépose un échantillon de sirop de menthe, un échantillon de colorant alimentaire
E 102 (Jaune de tartrazine), et un échantillon de colorant alimentaire E 131 (Bleu de Patenté).
Après avoir révéler le chromatogramme, on constate que le sirop de menthe contient une tâche jaune et une tâche bleue.
On donne les rapports frontaux Rf de ces deux tâches.
Tâche
Jaune
Bleue
Rf
0,42
0,82
1. Quel est le rôle du mélange eau salée-éthanol ?
2. Représenter et légender ci-dessous le chromatogramme obtenu, si le front du solvant se situe à 7,0 cm de la ligne
de base.
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