Séparation et identification des espèces chimiques - Cours de Physique Chimie Seconde avec Maxicours - Lycée

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Séparation et identification des espèces chimiques

Une fois que l'espèce chimique intéressante a été extraite, le chimiste doit s'assurer que c'est la « bonne ».
Plusieurs techniques d'identification sont à sa disposition. Lesquelles ?
1. La chromatographie
Définition : La chromatographie permet de séparer et d'identifier les espèces chimiques présentes dans un mélange homogène.

Principe : Le mélange à analyser est déposé sur une phase fixe (une place de silice par exemple).
Le bas de cette plaque trempe dans une phase liquide, appelée éluant (mélange de solvants). Lors de la montée de l'éluant par capillarité (phénomène d'élution), la phase dite mobile entraîne les différentes espèces chimiques contenues dans le mélange à des vitesses différentes. Les espèces se séparent donc et forment des tâches, chaque tâche correspondant à une espèce chimique différente.

Application à l'identification : Des espèces chimiques identiques migrent à des hauteurs identiques sur une même plaque. Il suffit donc de déposer à côté du mélange à analyser, une ou plusieurs espèces chimiques, dites de référence, que l'on supposer être présentes dans le mélange et dont on connaît les caractéristiques de migration. On peut alors identifier une espèce chimique par comparaison de ces dépôts de migration avec ceux d'une espèce de référence.

Révélation du chromatogramme : La révélation permet de faire apparaître sur la plaque les dépôts, incolores avant révélation ; l'ensemble (plaque et dépôts révélés) s'appelle un chromatogramme.
Il existe plusieurs techniques de révélation :
– révélation aux vapeurs de diiode ;
– révélation au permanganate ;
– révélation aux UV.

Exemple : Sur une plaque de silice ont été déposées 3 solutions A, B et C. Après révélation, on obtient le chromatogramme ci-dessous. Quelles informations nous donne ce chromatogramme ?

La solution A est constituée d'une seule espèce chimique.
La solution B est constituée d'une seule espèce chimique, différente de celle contenue dans A.
La solution C est constituée de 3 espèces chimiques. Parmi ces trois espèces se trouvent celle présente dans A et celle présente dans B.

 
2. Les caractéristiques physiques d'une espèce chimique
Ce sont l'ensemble des grandeurs physiques dont les valeurs permettent de caractériser l'espèce chimique.
Sa température d'ébullition : Téb
C'est la température sous laquelle se font les changements d'état  et liquéfaction :

Exemple : Pour l'eau, on a Téb = 100 °C (à la pression atmosphérique).

Sa température de fusion : Tf
C'est la température sous laquelle se font les changements d'état fusion et solidification :


Exemple : Pour l'eau on a Tf = 0 °C (à la pression atmosphérique).

Remarque : Les valeurs données dans les tables sont mesurées sous pression atmosphérique normale et pour des espèces chimiques pures.

Sa masse volumique : μ
C'est la masse qu'occupe 1 m3 de l'espèce chimique étudiée. Soit m la masse qu'occupe un volume V.
[m en kg ; V en m3 et μ en kg.m-3]

Exemple : Pour l'eau on a μeau = 1 000 kg.m-3 = 1 kg.L-1
sous laquelle se font les changements d'état  et liquéfaction :

Sa densité : d
C'est le rapport de la masse volumique de l'espèce sur la masse volumique de l'eau pour les liquides et les solides.
[μ et μeau doivent être exprimées dans la même unité, et d est sans unité.]
Exemple : Pour l'eau on a deau = .


Son indice de réfraction n par rapport à l'air :
Lorsqu'un rayon lumineux passe de l'air à un milieu transparent constitué d'une espèce chimique, il est dévié.
Ce milieu est caractérisé par un indice de réfraction n donné grâce à la loi de Descartes :

i désigne l'angle d'incidence, et r le rayon réfracté.

Cet indice est caractéristique d'un corps pur donné. L'appareil qui permet sa détermination immédiate à partir de ces mesures d'angles est le réfractomètre.
Exemple : L'indice de réfraction de l'eau est neau = 1,33.


Sa solubilité dans un solvant :  s
C'est la masse maximale de l'espèce que l'on peut dissoudre dans 1 litre de solvant ; s s'exprime en g.L-1 (ou en kg.L-1).

Exemple : pour l'acide benzoïque, on peut dissoudre au maximum 2,4 g dans 1 litre d'eau ; sa solubilité dans l'eau est donc s = 2,4 g.L-1.
L'essentiel
Une espèce chimique contenue dans un mélange ou extraite d'un mélange peut être identifiée par chromatographie à condition de soupçonner sa présence et d'en disposer en tant que référence au laboratoire.
L'ensemble des caractéristiques physiques d'une espèce chimique permet de l'identifier : elles constituent sa carte d'identité.

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