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Comment caractériser une espèce chimique synthétique ?

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Objectif :

Le chimiste a synthétisé une nouvelle espèce chimique inconnue. Que doit-il faire pour qu'au niveau international, on puisse reconnaître cette nouvelle espèce ?

1. Préambule

Les espèces chimiques sont caractérisées par des grandeurs appelées caractéristiques physiques ou chimiques. Ces constantes forment un ensemble de données qui lui sont propres (en quelque sorte une carte d'identité).
De manière générale, ce sont ces données que l'on trouve sur une bouteille contenant cette espèce chimique.

Exemple : quelques propriétés physiques de l'éthanol (alcool d'usage courant)

2. La couleur et l'odeur

Ces données font appel à nos sens et sont sources d'erreurs puisque plusieurs espèces peuvent être de la même couleur. De plus, il n'est pas recommandé de sentir ou de goûter des produits en chimie. Ce ne sont donc pas des caractéristiques au sens strict du terme, mais elles peuvent nous donner une indication qui permettra d'orienter l'identification.

3. Température de changement d'état

Le passage de l'état liquide à l'état gazeux d'une espèce chimique est la vaporisation. La température qui délimite ce changement d'état est la température d'ébullition. Si une espèce chimique est pure, elle bout à température constante pendant toute l'ébullition.
Pour chaque espèce chimique, cette température est caractéristique.

Dans le cas de liquides comme les solvants d'usage courant (cyclohexane, éther de pétrole, dichlorométhane, acétone, eau,...), il est nécessaire de connaître cette température. En effet, si on souhaite récupérer une espèce dissoute dans un solvant, il faut évaporer le solvant donc atteindre cette température d'ébullition.

Le passage de l'état solide à l'état liquide est la fusion. Une espèce chimique pure fond à température donnée : c'est une caractéristique physique également.
A une température donnée d'expérience, il faut pouvoir travailler avec des espèces chimiques dans le même état physique (a priori liquide). Ces données sont donc nécessaires.

4. La solubilité

La solubilité d'une espèce dans un solvant correspond à la quantité maximum de cette espèce qu'il est possible de dissoudre dans un litre de solvant.
Cette grandeur pour un solvant donné est une caractéristique physique. On trouve cette grandeur dans des tables. Cette donnée est essentielle pour pouvoir procéder à des extractions par solvant ou à une chromatographie.

5. Masse volumique et densité

La masse volumique d'une espèce chimique est la masse d'un volume de ce corps. On la note ρ et on l'exprime en kg.m^-3 :

m masse de l'espèce et V son volume.

Les espèces chimiques qui coulent dans l'eau ont une masse volumique plus grande.

La densité d d'une espèce chimique liquide par rapport à l'eau est le rapport entre la masse d'un volume de cette espèce et la masse du même volume d'eau. Si la densité d'une espèce chimique est plus grande que 1, elle coule dans l'eau alors que si sa densité est plus petite que 1, elle flotte dans l'eau.

Masse volumique et densité sont des caractéristiques physiques des espèces chimiques pures. Ces données sont nécessaires, lors d'une extraction par solvant par exemple.

L'essentiel

• Pour caractériser une espèce chimique, on peut recouper plusieurs informations : couleur, odeur, température de changement d'état, solubilité, densité...
• Ces caractéristiques peuvent aussi servir à déterminer les conditions dans lesquelles sera réalisée une expérience.

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