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Caractéristiques physiques d'une espèce chimique

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Objectifs

Connaitre les définitions des grandeurs physiques (température d'ébullition ou de fusion, masse volumique, densité, solubilité).
Être capable de déterminer qu'une espèce chimique extraite est bien l'espèce recherchée, en déterminant les grandeurs physiques qui lui sont propres.

1. Introduction

Toutes les espèces chimiques peuvent être identifiées par des caractéristiques physiques qui leur sont propres comme les températures de changement d’état, la masse volumique ou la densité, la solubilité de l’espèce dans un solvant quelconque. Ceci constitue une véritable carte d’identité de l’espèce chimique.

Il existe d’autres moyens d’identifier simplement une espèce chimique notamment par chromatographie sur couche mince. C’est une technique facile à mettre en œuvre et très utilisée dans les laboratoires.

2. Les températures de changement d'état

a. La température d'ébullition

La température d'ébullition (notée T_eb) est la température à laquelle une espèce chimique passe de l’état liquide à l’état gazeux. Ce changement d’état s’appelle la vaporisation.

b. La température de fusion

La température de fusion (notée T_f) est la température à laquelle une espèce chimique passe de l’état solide à l’état liquide. Ce changement d’état s’appelle la fusion.

Remarque
Toutes ces valeurs de température d'ébullition et de fusion sont consignées dans des tables. Elles sont mesurées avec des espèces chimiques pures et à la pression atmosphérique. Elles sont exprimées en degré Celsius (°C).

3. La masse volumique

La masse volumique est la masse occupée par 1 m³ d’une espèce chimique étudiée.

Elle se note ρ et est donnée par le rapport de la masse m d’un échantillon de cette espèce et le volume V qu’elle occupe.

avec (dans le système international) :

ρ (rhô) la masse volumique de ce corps, en kilogramme par mètre-cube (kg/m³ ou kg·m^–3)
m la masse d’un corps, en kilogramme (kg)
V le volume occupé par ce corps (solide, liquide ou gazeux), en mètre-cube (m³)

Exemple : ρ_eau= 1,0 × 10³ kg·m^–3

4. La densité

Pour des solides ou des liquides, la densité est le rapport entre la masse volumique de l’espèce chimique considérée et celle de l’eau.

avec ρ et ρ_eau les masses volumiques, en kilogramme par mètre-cube (kg/m³ou kg·m^–3)

La densité est une grandeur sans unité qui se note d.

Exemple : d = 1,0 ; d_éthanol = 0,79

5. La solubilité

La solubilité (notée s) est la masse maximale d’une espèce chimique que l’on peut dissoudre dans 1 litre de solvant. Elle est exprimée en g·L^–1.

Elle dépend de la température, de la pression et du solvant utilisé.

Exemple : s_{glucose dans l’eau} = 700 g·L^–1

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