Les substances pures

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1 NOM GROUPE DATE 1. Complétez le schéma suivant. Les substances pures S 37 Section 1 L organisation de la matière, p. 220 et 222 Les substances pures Définition de substance pure Une substance pure est constituée d un seul type de particules, que ce soit des atomes ou des molécules. Chaque substance pure possède des propriétés qui lui sont propres. Pour identifier les substances pures, on peut se servir de leurs propriétés caractéristiques. On divise les substances pures en deux catégories. Les éléments Il est impossible de séparer ce type de substance pure en composants plus simples. Définition d élément Substance pure formée d une seule sorte d atomes. Ces atomes peuvent être isolés ou assemblés en molécules formées de plusieurs atomes identiques. Les composés On peut séparer ce type de substance pure en ses différents éléments par des transformations chimiques. Définition de composé Substance pure formée de la combinaison de deux ou de plusieurs atomes différents. Exemples Or (Au), dioxygène (O 2 ). Exemples Sel de table (NaCl), sulfate de cuivre (CuSO 4 ), hydroxyde de sodium (NaOH). C81

2 NOM GROUPE DATE S 38 Section 1 L organisation de la matière, p. 222 à 225 Les mélanges homogènes et hétérogènes 1. Définition de mélange Substance qui contient plus d une sorte de particules. C est l opposé d une substance pure. Les types de mélanges 2. Il existe deux types de mélanges Les mélanges homogènes. On leur donne aussi le nom de solutions. Définition Mélanges composés d au moins deux substances pures et dont les particules sont réparties uniformément. Nombre de phases visibles On distingue une seule phase visible, soit une seule partie visible. Exemples Vinaigre, laiton, air, eau sucrée colorée. Les mélanges hétérogènes. Définition Mélanges composés d au moins deux substances pures et dont les particules ne sont pas réparties uniformément. Nombre de phases visibles On distingue au moins deux phases visibles à l œil nu ou au microscope. Ce deuxième type de mélange se subdivise en trois catégories. Mélange hétérogène simple Suspension Colloïde Définition Mélange dont les constituants, même mélangés, se séparent rapidement en phases distinctes. Définition Mélange dans lequel les particules flottent ou restent «suspendues». Elles peuvent rester en suspension pendant plusieurs minutes ou quelques heures. Définition Mélange dans lequel les particules en suspension sont si petites que le mélange semble parfaitement homogène. Elles ne se séparent qu'après un long temps de repos. Exemple d'eau. Mélange d'huile et Exemple Jus d'orange et pulpe, mélange de sable et Exemple Mayonnaise, lait homogénéisé, pigments dans d'eau. la peinture. C82

3 NOM GROUPE DATE S 39 1/2 Le modèle particulaire Section 1 L organisation de la matière, p. 225 et Définition de modèle Représentation visible d une situation abstraite, difficilement accessible ou carrément cachée. 2. Les quatre caractéristiques essentielles d un bon modèle Il met en relation plusieurs observations. Il est simple à comprendre. Il permet d expliquer la réalité qu il représente et de prédire de nouveaux phénomènes. Il est perfectible il est toujours possible de le modifier avec l apport de nouvelles connaissances. 3. Définition de modèle particulaire et certaines propriétés de la matière. Modèle qui permet d expliquer certains comportements 4. Nommez les cinq énoncés de la théorie du modèle particulaire. a) b) c) d) e) Énoncés Toute matière se compose de particules minuscules. Chaque substance pure possède son propre type de particules. Les particules s attirent mutuellement. Les particules sont toujours en mouvement. Les particules dont la température est plus élevée se déplacent plus vite, en moyenne, que les particules dont la température est plus basse. Explications Toute matière se compose de particules plus ou moins espacées les unes des autres. Ces particules sont les atomes et les molécules. Par exemple, les particules de sucre seront toujours différentes de celles de l eau elles ne seront pas constituées des mêmes atomes et n auront pas la même taille ou la même masse. Il existe des forces d attraction et des liens entre les différentes particules formant la matière. Plus les particules sont rapprochées, plus ces forces sont importantes. Les particules possèdent une certaine quantité d énergie qui leur permet de se déplacer. Plus la température d une substance est élevée, plus ses particules possèdent de l énergie. Cela se traduit par une agitation ou un déplacement plus rapide des particules. C83

4 NOM GROUPE DATE S 39 2/2 5. Complétez le tableau suivant, qui résume les états de la matière selon le modèle particulaire. État Solide Liquide Gazeux Représentation à l'aide du modèle particulaire Disposition des particules Les particules sont très ordonnées. Les particules sont peu ordonnées. Les particules sont très désordonnées. Espacement entre les particules Les particules sont très rapprochées les unes Les particules sont relativement près les Les particules sont très espacées. des autres. unes des autres. Forces d'attraction entre les particules Les particules sont très liées les unes aux autres. Les particules sont relativement liées les unes aux autres. Les particules sont peu liées les unes aux autres. Déplacement des particules Les particules vibrent, sans se déplacer. Les particules se déplacent légèrement. Les particules se déplacent rapidement dans toutes les directions. C84

5 NOM GROUPE DA TE 1. Définition de propriété Les propriétés de la matière S 40 Section 2 Les propriétés de la matière, p. 229 à 231 Information qu on emploie pour décrire une substance. 2. La connaissance des propriétés des substances permet d identifier les substances ; de déterminer l usage des substances; de déterminer l effet des substances sur l être humain et sur l environnement. 3. On distingue plusieurs types de propriétés a) Les propriétés physiques et les propriétés chimiques. Définition Trois exemples Propriétés physiques Propriétés qu on peut observer ou mesurer sans modifier la nature d une substance. Couleur, odeur, état de la matière, point de fusion, etc. Propriétés chimiques Propriétés qui décrivent la façon dont deux substances réagissent au contact l une de l autre. Les propriétés chimiques indiquent donc la modification de la nature d une substance. Combustibilité, réaction au contact de l eau, réaction au contact d un acide, etc. b) Les propriétés non caractéristiques et les propriétés caractéristiques. Définition Deux exemples Propriétés caractéristiques Propriétés physiques ou chimiques qui permettent d identifier précisément une substance. Point de fusion, point d ébullition, masse volumique, solubilité. Propriétés non caractéristiques Propriétés physiques ou chimiques qui ne permettent pas d identifier précisément une substance. Couleur, odeur, état de la matière, texture. c) Pourquoi les propriétés non caractéristiques ne permettent-elles pas l identification précise d une substance? Parce qu elles sont partagées par un grand nombre de substances ou parce qu elles varient pour une même substance pure. C85

6 NOM GROUPE DA TE Les propriétés physiques caractéristiques le point de fusion et le point d ébullition 1. a) Définition de point de fusion S 41 Section 2 Les propriétés de la matière, p. 232 et 233 Température à laquelle un solide devient liquide. b) Définition de point d ébullition Température à laquelle un liquide devient gazeux. c) Unité de mesure utilisée pour exprimer les températures de fusion et d ébullition C Les points de fusion et d ébullition de différentes substances pures Chaque substance pure passe de l état solide à l état liquide et de l état liquide à l état gazeux à des températures précises. Selon le type de substance, la température à laquelle ces changements d état se produisent varie énormément. On peut trouver les températures de fusion et d ébullition de plusieurs substances à la page 232 du manuel. 2. a) Raison pour laquelle on doit indiquer la valeur de la pression à laquelle ces températures ont été prises Les variations de pression modifient les températures de fusion et d ébullition des substances pures. b) Par exemple Si la pression augmente, la température d ébullition sera plus élevée. Si la pression diminue, la température d ébullition sera plus basse. 3. Exemple qui démontre l utilité de connaître la température de fusion ou d ébullition des substances pures Les pièces d équipement supportant de grandes chaleurs doivent avoir un point de fusion plus élevé que la température maximale qu elles auront à supporter. En cuisine, on utilise de l huile pour les frites à cause de son point d ébullition élevé. C86

7 NOM GROUPE DA TE Les propriétés physiques caractéristiques la masse volumique 1. a) Définition de masse volumique un espace donné. b) Unités généralement utilisées pour exprimer la masse volumique des solides kg/m 3, g/cm 3 des liquides g/ml Le calcul de la masse volumique S 42 Section 2 Les propriétés de la matière, p. 234 à 237 Mesure de la quantité de matière qui se trouve dans 2. a) Pour déterminer la masse volumique d une substance, on calcule son rapport masse/volume, c est-à-dire qu on divise sa masse par son volume b) Formule de la masse volumique p = m V où p = m = masse volumique (g/ml ou g/cm 3 ) masse de substance (g) V = volume de substance (ml ou cm 3 ) c) Raison pour laquelle on doit indiquer la température et la pression auxquelles les mesures des masses volumiques ont été effectuées La masse volumique d une substance varie en fonction de ces facteurs. La masse volumique de différentes substances Chaque substance possède une masse volumique qui lui est propre. La masse volumique de plusieurs substances est présentée à la page 235 du manuel. 3. Exemple qui démontre l utilité de connaître la masse volumique des substances La masse volumique d une substance détermine l usage qu on peut en faire. Par exemple, la fabrication de certains objets nécessite l emploi de matériaux à la fois résistants et légers, etc. C87

8 NOM GROUPE DATE S 43 1/2 Section 2 Les propriétés de la matière, p. 238 à 241 Les propriétés physiques caractéristiques la solubilité (solvant et soluté) 1. a) Définition de solution Mélange homogène formé d un ou de plusieurs solutés et d un solvant. b) Définition de soluté Substance qui est dissoute par un solvant. c) Définition de solvant Substance dans laquelle un soluté peut être dissous. 2. Dans une solution, la substance qui est présente en plus petite quantité est le soluté et la substance qui est en plus grande quantité est le solvant. 3. a) Lorsqu une substance peut être dissoute dans un solvant, on dit que cette substance est soluble. b) Lorsqu une substance ne peut être dissoute dans un solvant, on dit que cette substance est insoluble. 4. Les solutions saturées et insaturées Types de solutions Définition Solution saturée Solution dans laquelle un soluté ne peut plus se dissoudre à une température précise. Solution insaturée Solution dans laquelle il est encore possible de dissoudre un soluté. Exemple C88

9 NOM GROUPE DATE La solubilité S 43 2/2 5. a) Définition de solubilité Propriété qui désigne la quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans un volume donné de solvant, ce qui permet l obtention d une solution saturée. b) Unité généralement utilisée pour exprimer la solubilité g/100 ml 6. On doit mesurer la solubilité d une substance à une température et à une pression données. La solubilité de différentes substances Chaque substance possède, pour un solvant donné, une solubilité qui lui est propre. La solubilité de certaines substances dans l eau est présentée à la page 239 du manuel. 7. Exemple qui démontre l utilité de connaître la solubilité des substances Il faut connaître les meilleurs solvants pour dissoudre certaines substances qu on désire enlever, comme le vernis sur un meuble ou sur les ongles, par exemple. L effet de la température sur la solubilité 8. a) Souvent, plus le solvant est chaud, plus sa capacité de dissoudre un soluté est élevée, car plus les particules d un solvant acquièrent de la chaleur et par conséquent de l énergie, plus elles se déplacent rapidement et s éloignent les unes des autres. Il y a donc un plus grand espace entre chacune des particules. Ces espaces entre les particules du solvant permettent l insertion d un plus grand nombre de particules de soluté. b) Il y a des exceptions à cette règle. Il existe des substances qui ont une meilleure solubilité lorsque la température du solvant est basse ce sont les gaz. L effet de la nature du soluté et de celle du solvant sur la solubilité 9. a) Selon le type de particules qui les composent, certaines substances se dissoudront facilement dans l eau. Ces substances sont dites hydrosolubles. b) D autres se dissoudront plus facilement dans des solvants gras comme l huile. Ces substances sont dites liposolubles. c) Une substance liposoluble ne se dissout pas dans l eau, car ses particules ont tendance à demeurer très près les unes des autres et à rester liées au lieu de se disperser dans le solvant. C89

10 NOM GROUPE DA TE Les propriétés des solutions la concentration À la différence des substances pures, les solutions possèdent des propriétés physiques qui varient selon la nature et la quantité du ou des solutés. L effet de la nature des constituants S 45 Section 2 Les propriétés de la matière, p. 244 à Exemple qui montre que les propriétés d une solution varient selon la nature des constituants Plusieurs réponses possibles. On peut obtenir une solution acide ou basique selon la nature du soluté qu on y dissout. On peut aussi obtenir une solution aqueuse qui laissera passer ou non l électricité selon la nature du soluté qu on y dissout. 1/3 L effet de la concentration des constituants 2. Les propriétés physiques varient en fonction de la quantité de soluté dissous. Par exemple, plus on dissout de soluté dans l eau, plus la température d ébullition du solvant sera élevée. Le calcul de la concentration 3. Définition de concentration d une solution la quantité totale de solution. Rapport entre la quantité de soluté utilisée et 4. Tableau synthèse des types de solutions Types de solutions Définition Solution concentrée Solution qui contient une quantité importante de soluté dissous par rapport au volume de la solution. Solution diluée Solution qui contient une faible quantité de soluté dissous par rapport au volume de la solution. Exemple C91

11 NOM GROUPE DA TE S 45 2/3 5. La formule générale employée pour exprimer ce rapport est la suivante Concentration = Quantité de soluté Quantité de solution 6. La concentration peut s exprimer à l aide de différentes unités de mesure. a) On peut utiliser les unités habituelles de masse et de volume, par exemple g/l, g/100 ml, ml/l, etc. b) On doit effectuer les calculs suivants pour trouver la valeur de la concentration En g/l m (soluté) C (solution) = où C (solution) = concentration de la solution en g/l V (solution) m (soluté) = masse du soluté en g V (solution) = volume de la solution en L En ml/l V (soluté) C (solution) = où C (solution) = V (solution) V (soluté) = V (solution) = concentration de la solution en ml/l volume du soluté en ml volume de la solution en L Pour convertir une concentration exprimée en ml/l ou en ml/100 ml, on doit utiliser des rapports équivalents. 7. La concentration d une solution peut aussi s exprimer en pourcentage. Ce pourcentage donne le rapport entre la quantité de soluté par 100 parties de solution. 8. Il existe trois façons d exprimer la concentration en pourcentage Façon d exprimer la concentration en pourcentage Utilisé lorsque Formule Exemple Pourcentage masse/masse (% m/m) Les quantités de soluté et de solution sont exprimées en unités de masse. Un yogourt à 2 % masse (soluté) m/m de matières C en % m/m = 100 masse (solution) grasses contient 2 g de gras par 100 g de yogourt. C92

12 NOM GROUPE DA TE S 45 3/3 Façon d exprimer la concentration en pourcentage Utilisé lorsque Formule Exemple Pourcentage masse/volume Symbole % m/v La quantité de soluté est exprimée en unités de masse, et la solution, en volume. masse (soluté) C en % m/v = 100 Volume (solution) Un sérum à 5 % m/v contient 5 g de glucose par 100 ml de solution. Pourcentage volume/volume Symbole % V/V Les quantités de solvant et de solution sont exprimées en unités de volume. Volume (soluté) C en % V/V = 100 Volume (solution) Une bouteille d alcool à friction sur laquelle est indiquée 70 % V/V contient 70 ml d isopropanol par 100 ml de solution. La préparation d une solution d une concentration donnée 9. Énumérez les quatre étapes de la préparation d une solution d une concentration donnée. a) À l aide des formules mathématiques, on détermine la quantité exacte de soluté nécessaire pour préparer la quantité de solution voulue. b) On pèse ensuite, à l aide d une balance, la quantité de soluté requise. Pour un soluté liquide, on mesure le volume nécessaire à l aide d un cylindre gradué. c) Dans un erlenmeyer, on dissout le soluté dans un volume égal à la moitié du volume de solution désiré. d) Une fois le soluté dissous, on verse la solution dans un cylindre gradué et on ajoute du solvant jusqu au volume de solution désiré. C93

13 NOM GROUPE DA TE Les transformations physiques S 46 Section 3 Les transformations de la matière, p. 253 et 254 Les transformations de la matière 1. Définition de transformation physique Une transformation physique survient lorsque l apparence d une substance est changée sans que sa nature soit modifiée. Les transformations chimiques 2. Définition de transformation chimique Une transformation chimique a lieu lorsque deux ou plusieurs substances qu on nomme «réactifs» interagissent pour en créer de nouvelles qu on nommera «produits». 3. Nommez les quatre indices qui peuvent aider à déterminer s il s agit d une transformation chimique et donnez un exemple pour chaque indice. Indices Changement de couleur Exemples Présence de rouille sur le fer ; couleur brune d un cœur de pomme. Formation d un gaz Formation de bulles de gaz dans un mélange de bicarbonate de sodium et de vinaigre. Formation d un précipité Eau de chaux qui se brouille au contact du dioxyde de carbone. Variation énergétique (comme une hausse ou une baisse de température, ou un dégagement de lumière) Glace instantanée qu on trouve dans les trousses de premiers soins. C94

14 NOM GROUPE DA TE Les transformations physiques la dilution 1. Définition de dilution Procédé qui permet d obtenir une solution finale d une concentration moindre que la solution de départ. S 48 Section 3 Les transformations de la matière, p. 259 à Il y a deux façons de diluer une solution A. Par ajout de solvant. Si on augmente le volume de la solution dans une certaine proportion tout en conservant la même quantité de soluté, la concentration de la solution diminuera dans les mêmes proportions. Par exemple, si on double le volume de la solution en y ajoutant du solvant, sa concentration diminuera de moitié. B. En prélevant une partie de la solution initiale et en y ajoutant du solvant. Une formule nous permet de calculer les quantités recherchées lors d une dilution, soit C 1 V 1 = C 2 V 2 où C 1 = concentration de la solution initiale C 2 = concentration de la solution finale V 1 = volume à prélever de la solution initiale V 2 = volume souhaité de la solution finale Donc, si l on veut calculer le volume de la solution initiale à prélever pour y ajouter ensuite le volume de solvant nécessaire à l obtention du volume de solution finale désiré, on isole V 1 dans la formule précédente et on obtient V 1 = C 2 V 2 C 1 C96

15 NOM GROUPE DA TE S 49 1/3 Section 3 Les transformations de la matière, p. 263 à 267 Les transformations physiques le changement de phase 1. Les trois états ou phases possibles de la matière Phase gazeuse Phase liquide Phase solide 2. Définition de changement de phase Lorsqu une substance passe d un état à l autre, on dit qu elle effectue un changement de phase. 3. Tableau synthèse des changements d état de la matière. Changement d état Définition Exemple Fusion Passage de l état solide à l état liquide La glace qui fond. Solidification Passage de l état liquide à l état solide La cire liquide d une bougie qui se fige lorsqu elle refroidit. Sublimation Passage direct de l état solide à l état gazeux Un parfum sous forme solide qui sert à désodoriser une pièce. Condensation solide Passage direct de l état gazeux à l état solide La vapeur d eau qui gèle en formant du givre sur les fenêtres. Ébullition Évaporation Condensation Passage rapide de l état liquide à l état gazeux avec un apport de chaleur important Passage lent de l état liquide à l état gazeux (se fait à une température inférieure à la température d ébullition) Passage de l état gazeux à l état liquide L eau qui bout. Un vêtement qui sèche sur une corde à linge. La vapeur d eau qui se transforme en buée dans les lunettes. C97

16 NOM GROUPE DATE S 49 2/3 L explication des changements de phase par le modèle particulaire 4. Complétez la phrase suivante a) Pour passer de l état solide à l état liquide (ou de liquide à gazeux), les particules de matières doivent acquérir suffisamment d énergie (un apport de chaleur, par exemple) pour vibrer jusqu à ce que les liens qui les unissent soient affaiblis ou rompus. b) Pour retourner à l état solide, les particules doivent perdre de l énergie afin de moins s agiter et de permettre aux forces d attraction entre les molécules de s exercer à nouveau. Le diagramme de changements de phase 5. Complétez le schéma des changements de phase de la matière. Sublimation Condensation solide Ébullition et évaporation Fusion Condensation Solidification 6. À quoi sert un diagramme de changements de phase? Il permet de représenter, en fonction du temps, l évolution de la température d une substance qu on chauffe ou qu on refroidit. 7. a) Définition de palier Intervalle de temps au cours duquel la température demeure stable. b) À quel moment une substance atteint-elle un palier? Au moment des changements de phase. C98

17 NOM GROUPE DA TE S 49 3/3 8. a) Observez le diagramme suivant, puis complétez le tableau. Les changements de phase de l eau 120 F 100 D E Portion de la courbe État(s) de la matière 40 A-B Solide Température ( C) B C Temps (min) où B-C C-D D-E E-F Solide + liquide Liquide Liquide + gazeux Gazeux A -80 b) Quel est le nom du changement d état observé au cours du palier B-C? Fusion c) Quel est le nom du changement d état observé au cours du palier D-E? Ébullition C99