Physique-Chimie Collège — 4e · Brevet
Corps purs et mélanges
Classification de la matière · Mélanges homogènes et hétérogènes · Techniques de séparation
2Catégories
6Techniques de séparation
4eNiveau
BrevetÉpreuve
📌 La matière qui nous entoure peut être classée en corps purs (une seule substance) ou en mélanges (plusieurs substances). Savoir distinguer ces catégories et connaître les techniques pour séparer les constituants d’un mélange est un fondamental du programme de 4e, régulièrement évalué au brevet.
1. Corps pur ou mélange ?
Toute la matière peut être classée selon un critère simple : est-elle constituée d’une seule substance chimique ou de plusieurs ?
Corps pur
Substance constituée d’une seule entité chimique (un seul type de molécule ou d’atome). Ses propriétés physiques sont fixes et invariables : température de fusion, d’ébullition, masse volumique.
Mélange
Association de plusieurs corps purs. Ses propriétés dépendent de sa composition, qui peut varier. La plupart des substances de la vie courante sont des mélanges.
📋 Exemples du quotidien
| Substance | Corps pur ou mélange ? | Explication |
|---|---|---|
| Eau distillée (H₂O) | Corps pur | Une seule molécule : H₂O |
| Eau du robinet | Mélange | H₂O + minéraux dissous + chlore… |
| Dioxygène (O₂) | Corps pur | Une seule molécule : O₂ |
| Air | Mélange | N₂ (78 %) + O₂ (21 %) + Ar + CO₂… |
| Fer (Fe) | Corps pur | Un seul type d’atome : Fe |
| Acier | Mélange | Fer + carbone (+ autres éléments) |
| Sel de cuisine (NaCl) | Corps pur | Une seule entité : NaCl |
| Eau salée | Mélange | H₂O + NaCl dissous |
| Éthanol pur | Corps pur | Une seule molécule : C₂H₅OH |
| Vin | Mélange | Eau + éthanol + sucres + colorants… |
🔑 À retenir — propriétés d’un corps pur
- Température de fusion fixe (ex. : eau → 0 °C sous 1 atm)
- Température d’ébullition fixe (ex. : eau → 100 °C sous 1 atm)
- Ces températures sont des données d’identification : elles permettent d’identifier un corps pur inconnu en les comparant à des valeurs de référence.
⚠️ Attention — Un mélange n’a pas de température de fusion ou d’ébullition fixe : ces valeurs dépendent de la composition du mélange et peuvent évoluer pendant le changement d’état. C’est d’ailleurs un test expérimental pour distinguer corps pur et mélange.
2. Les deux types de mélanges
Tous les mélanges ne se ressemblent pas. On distingue deux grandes catégories selon l’aspect visuel et l’homogénéité de la répartition des constituants.
| Critère | Mélange homogène | Mélange hétérogène |
|---|---|---|
| Définition | Les constituants ne sont pas distinguables à l’œil nu ni au microscope ordinaire. La composition est uniforme dans tout le volume. | Les constituants sont visibles ou distinguables. La composition varie selon la zone observée. |
| Aspect | Limpide, transparent, une seule phase apparente | Trouble, opaque, ou présentant plusieurs phases visibles |
| Exemples | Eau salée, air, sirop, eau gazeuse, alliages métalliques | Vinaigrette, eau + sable, lait (émulsion), granit, béton |
| Filtration | Inefficace : les constituants passent tous à travers le filtre | Peut séparer les phases solides en suspension |
🔬 Cas particulier : les solutions
Une solution est un mélange homogène liquide. Elle comporte un solvant (la substance en plus grande quantité, souvent l’eau) et un ou plusieurs solutés (substances dissoutes). L’eau est appelée solvant universel car elle dissout un très grand nombre de substances.
- Solution aqueuse : solvant = eau (eau sucrée, eau salée, jus de citron dilué)
- Concentration : quantité de soluté dissous dans un volume donné de solution. Plus la concentration est élevée, plus la solution est concentrée.
3. Techniques de séparation des mélanges
Chaque technique repose sur une propriété physique différente des constituants du mélange. Le choix de la technique dépend de la nature du mélange.
🫧 Filtration
Principe : taille des particules
Sépare : solide en suspension dans un liquide
Ex. : sable dans l’eau, café moulu
Matériel : papier filtre + entonnoir
Ex. : sable dans l’eau, café moulu
Matériel : papier filtre + entonnoir
🌀 Décantation
Principe : différence de masse volumique
Sépare : deux liquides non miscibles ou solide lourd / liquide
Ex. : huile + eau, vase dans l’eau
Matériel : ampoule à décanter
Ex. : huile + eau, vase dans l’eau
Matériel : ampoule à décanter
⬆️ Évaporation
Principe : différence de température d’ébullition
Sépare : soluté solide d’un solvant
Ex. : sel de l’eau salée → on chauffe, l’eau s’évapore, le sel reste
Matériel : cristallisoir + source de chaleur
Ex. : sel de l’eau salée → on chauffe, l’eau s’évapore, le sel reste
Matériel : cristallisoir + source de chaleur
🌡️ Distillation
Principe : différence de température d’ébullition
Sépare : deux liquides miscibles de températures d’ébullition différentes
Ex. : eau + éthanol (alcool), eau de rose
Matériel : montage à distiller + réfrigérant
Ex. : eau + éthanol (alcool), eau de rose
Matériel : montage à distiller + réfrigérant
🧲 Aimantation
Principe : propriétés magnétiques
Sépare : substance magnétique d’un mélange
Ex. : limaille de fer dans du sable
Matériel : aimant
Ex. : limaille de fer dans du sable
Matériel : aimant
🏃 Chromatographie (CCM)
Principe : affinité avec un solvant (éluant)
Sépare : les composants d’un mélange de substances colorées ou dissoutes
Ex. : encres de feutres, pigments végétaux
Matériel : plaque de silice + cuve + éluant
Ex. : encres de feutres, pigments végétaux
Matériel : plaque de silice + cuve + éluant
| Technique | Type de mélange | Propriété exploitée | Ce qu’on récupère |
|---|---|---|---|
| Filtration | Hétérogène | Taille des particules | Solide sur le filtre, filtrat dans le récipient |
| Décantation | Hétérogène | Masse volumique | Phase légère au-dessus, phase lourde en dessous |
| Évaporation | Homogène | Température d’ébullition | Soluté solide (solvant perdu en vapeur) |
| Distillation | Homogène | Température d’ébullition | Les deux liquides séparément |
| Aimantation | Hétérogène | Propriétés magnétiques | Substance magnétique attirée par l’aimant |
| Chromatographie | Homogène | Affinité pour l’éluant | Taches séparées sur la plaque (identification) |
🔑 Distillation vs Évaporation — comment choisir ?
- Évaporation → quand on veut récupérer le soluté solide (le solvant est éliminé sous forme gazeuse, il n’est pas récupéré)
- Distillation → quand on veut récupérer les deux liquides séparément (le solvant est condensé et récupéré)
- La distillation est plus complexe à mettre en œuvre mais ne perd aucun constituant
4. Corps pur simple et corps pur composé
Les corps purs peuvent eux-mêmes être subdivisés selon leur composition atomique.
| Type | Définition | Exemples |
|---|---|---|
| Corps pur simple | Constitué d’un seul élément chimique (un seul type d’atome) | Dioxygène O₂, diazote N₂, fer Fe, cuivre Cu, soufre S, diamant C |
| Corps pur composé | Constitué de plusieurs éléments chimiques différents, toujours dans les mêmes proportions | Eau H₂O (H et O), sel NaCl (Na et Cl), dioxyde de carbone CO₂ (C et O), éthanol C₂H₅OH |
⚠️ Piège fréquent au brevet — Le dioxygène (O₂) est un corps pur simple car il ne contient qu’un seul élément chimique (l’oxygène), même si sa molécule contient deux atomes. Ne pas confondre « un seul type d’atome » avec « un seul atome par molécule ».
5. Récapitulatif — classification de la matière
| Catégorie | Sous-catégorie | Température de fusion/ébullition | Exemples |
|---|---|---|---|
| Corps pur | Corps pur simple | Fixe et caractéristique → permet l’identification | O₂, Fe, Cu, S |
| Corps pur composé | H₂O, NaCl, CO₂, C₂H₅OH | ||
| Mélange | Mélange homogène | Variable selon la composition | Eau salée, air, alliages |
| Mélange hétérogène | Vinaigrette, sable + eau, granit |
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre un corps pur et un mélange ?
Un corps pur est constitué d’une seule substance chimique et possède des propriétés physiques fixes (températures de fusion et d’ébullition invariables). Un mélange contient plusieurs substances dont les proportions peuvent varier, et ses propriétés dépendent de sa composition.
Comment distinguer un mélange homogène d’un mélange hétérogène ?
Un mélange homogène présente un aspect uniforme et limpide : on ne distingue pas les constituants à l’œil nu (ex. : eau sucrée). Un mélange hétérogène présente plusieurs phases visibles ou un aspect trouble (ex. : eau + huile). La filtration ne sépare que les mélanges hétérogènes contenant un solide en suspension.
Quelle technique utiliser pour séparer l’eau du sel ?
On utilise l’évaporation si on veut récupérer le sel (on chauffe la solution, l’eau s’évapore et le sel cristallise dans le récipient). Si on veut récupérer aussi l’eau purifiée, on utilise la distillation : l’eau est vaporisée puis condensée dans un réfrigérant et récupérée dans un autre récipient.
Comment identifier un corps pur expérimentalement ?
On mesure ses températures de fusion et d’ébullition. Si elles sont fixes et correspondent à des valeurs tabulées connues, c’est un corps pur. Un mélange présente des changements d’état à températures variables (la température continue de varier pendant la fusion ou l’ébullition), ce qui le trahit.
L’air est-il un corps pur ?
Non, l’air est un mélange homogène de gaz : environ 78 % de diazote (N₂), 21 % de dioxygène (O₂), 1 % d’argon, et des traces de dioxyde de carbone et d’autres gaz. Le dioxygène seul (O₂) est un corps pur simple.
Quelle est la différence entre évaporation et distillation ?
L’évaporation consiste à chauffer une solution jusqu’à éliminer le solvant sous forme gazeuse pour récupérer le soluté solide (le solvant est perdu). La distillation recueille en plus le solvant : il est vaporisé, puis refroidi dans un réfrigérant et condensé dans un autre récipient. La distillation permet de récupérer les deux constituants.