Composition élémentaire des substances pures

Imagine que tu essaies de décrire des types de beignets à ton ami. Tu pourrais choisir de décrire les beignets en fonction de leur état physique : trous de beignet, beignets glacés et beignets fourrés à la crème. Tu pourrais aussi les décrire en fonction de leur composition : beignets à la levure, beignets au gâteau ou beignets au levain. Il s'agit d'un exemple amusant de la façon dont nous pouvons classer la matière ! Nous pouvons classer la matière en fonction de son état physique (solide, liquide, gazeux), ou nous pouvons la classer en fonction de sa composition en tant que substance pure ou mélange!

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      • Nous allons faire un rapide tour d'horizon de la classification de la matière selon la composition des substances pures et des mélanges
      • Ensuite, nous ferons un zoom sur la définition des substances p ures.
      • Ensuite, nous examinerons quelques exemples de substances pures.
      • Nous explorerons également la composition en pourcentage et les formules empiriques des substances pures.
      • Enfin, nous étudierons brièvement la composition des mélanges.

      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 !

      Nous allons détailler tous les composants de la matière, mais pour un examen plus approfondi, consulte la rubrique Structure atomique !

      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.

      Lessubstances pures sont des matières dont la composition chimique est fixe et dont les propriétés ne changent pas.

      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 !

      Leséléments sont constitués d'un seul type d'atome et ne peuvent pas être décomposés en une autre substance.

      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.

      Composition élémentaire des substances pures Exemples d'éléments StudySmarterFig.1 - Les éléments contiennent un type d'atome

      Certains éléments ont tendance à exister sous forme de molécules diatomiques, ce qui signifie que deux atomes du même élément sont liés ensemble, comme l'hydrogène gazeux (H2), l'azote gazeux (N2), l'oxygène gazeux (O2), le fluor gazeux (F2), le chlore gazeux (Cl2), le brome (Br2) et l'iode (I2). Ce sont toujours des éléments parce que les atomes sont les mêmes ! Consulte le tableau périodique pour obtenir plus d'informations sur ces molécules.

      Les composés

      La deuxième catégorie de substances pures est celle des composés!

      Lescomposés sont des substances contenant des molécules identiques qui sont constituées de deux ou plusieurs atomes d'éléments différents liés ensemble dans une structure fixe. Ils peuvent être décomposés chimiquement en éléments individuels ou en composés plus simples.

      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 !

      Les composés sont toujours constitués de molécules de deux atomes ou plus liés entre eux. Mais, comme nous l'avons vu avec les molécules diatomiques, toutes les molécules ne sont pas des composés !

      Penses-tu à des exemples courants de composés?

      En voici quelques-uns :

      • Eau -H2O
      • Dioxyde de carbone -CO2
      • Bicarbonate de soude -NaHCO3
      • Alcool - C2H6O

      Composition élémentaire des substances pures H2O Composé StudySmarterFig.2-H2Ocontient deux atomes différents provenant de deux éléments différents.

      Pour vérifier ta compréhension de la différence entre les éléments et les composés, identifie si les éléments suivants sont des éléments ou des composés : NaF, Re, I2 NH3, Si

      Cela devrait être relativement facile ! Si ce n'est pas le cas, revois le matériel ci-dessus et essaie à nouveau ! Les bonnes réponses sont Composé, Élément, Élément, Composé, Élément !

      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.

      Consulte la loi des proportions définies pour approfondir ce concept !

      Lacomposition en pourcentage nous indique par la masse le pourcentage d'un élément individuel présent dans le composé.

      Composition élémentaire des substances pures Composition en pourcentage StudySmarterFig.3-Conceptualisation de la composition en pourcentage d'un élément dans un composé.

      La formule du pourcentage de composition est la suivante :

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

      Jouons à cela dans un exemple simple et rapide.

      Trouve la composition en pourcentage du sodium et du chlore dans le NaCl ?

      1) La première étape consiste à déterminer la masse moléculaire du NaCl en utilisant le tableau périodique pour trouver la somme des masses atomiques de Na et de Cl. Remarque, s'il y avait plus d'un atome de Na ou de Cl, tu multiplierais la masse par ce nombre.

      La masse de Na = \(22.99\frac{g}{mol}\)

      La masse de Cl = \(35.45\frac{g}{mol}\)

      La somme : $$22.99\frac{g}{mol}+ 35.45\frac{g}{mol}= 58.44 \frac{g}{mol}$$.

      2) La deuxième étape consiste à diviser les masses atomiques individuelles par la masse moléculaire totale du composé.

      Na : \((\frac{22.99\frac{g}{mol}}{58.44\frac{g}{mol}})*100\% = 39.3\%\)

      Cl : \((\frac{35.45\frac{g}{mol}}{58.44\frac{g}{mol}}) *100\%= 60.7\%\)

      Le NaCl est donc composé de 39,3 % de Na et de 60,7 % de Cl.

      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

      Le rapport le plus simple entre les nombres entiers des éléments d'un composé est appelé 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.

      Pour en savoir plus sur la relation entre la formule empirique et le pourcentage de composition, consulte la rubrique Formules moléculaires et empiriques !

      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.

      Lesmélanges sont constitués de deux ou plusieurs substances physiquement mélangées qui ne perdent pas leurs propriétés chimiques individuelles et qui peuvent être séparées à nouveau en substances individuelles par un changement physique.

      Composition élémentaire des substances pures Composition des mélanges d'or et de fer StudySmarterFig.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 !

      Ceci n'est qu'un bref aperçu de la composition des mélanges. Consulte la rubrique Composition des mélanges pour en savoir plus sur les deux types de mélanges et sur la façon de les identifier !

      Composition élémentaire des substances pures - Principaux enseignements

      • La matière peut être classée selon sa composition en deux catégories: les substances pures et les mélanges
      • La substance pure désigne toute matière dont la composition chimique est fixe et dont les propriétés restent toujours constantes.
        • Elle peut être divisée en éléments et en composés
      • Leséléments sont composés d'un seul type d'atome (pense au tableau périodique des éléments).
      • Les composés sont constitués de deux ou plusieurs atomes d'éléments différents liés ensemble (H2O,CO2).
        • Nous pouvons utiliser la composition en pourcentage et les formules empiriques pour déterminer la proportion d'éléments dans le composé.
      • Lesmélanges sont constitués de deux ou plusieurs substances pures mélangées physiquement.

      Références

      1. Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward, et Matthew Stoltzfus. Chemistry : The Central Science. , 2015. Imprimer.
      2. Fraser, Simon. Classer la matière en fonction de sa composition, LibreTexts : Chimie, 2020.
      Questions fréquemment posées en Composition élémentaire des substances pures
      Qu'est-ce qu'une substance pure?
      Une substance pure est un matériau composé d'un seul type de particule avec une composition chimique uniforme et constante.
      Comment identifier une substance pure en chimie?
      Pour identifier une substance pure, on vérifie si elle possède des propriétés physiques et chimiques spécifiques et constantes, comme le point de fusion et la densité.
      Quelle est la différence entre une substance pure et un mélange?
      Une substance pure a une composition uniforme, tandis qu'un mélange se compose de plusieurs substances pures mélangées sans réaction chimique.
      Quels sont des exemples de substances pures?
      Les exemples incluent l'eau distillée (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2), car ils ont une composition chimique définie.
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      Quelles sont les deux grandes catégories de composition de la matière ?

      Vrai ou faux. Les substances pures sont constituées d'un seul type d'atome ou de composé et ont une composition chimique fixe dont les propriétés ne changent pas.

      Les éléments et les composés sont ____, tandis que tout ce qui est composé de deux ou plusieurs ______ est ______.

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