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Parmi les propositions suivantes, laquelle peut aider à vérifier la pureté d’un échantillon ? (A) Le point d’ébullition de l’échantillon uniquement. (B) Le point de fusion de l’échantillon uniquement. (C) Le point d’ébullition et le point de fusion de l’échantillon. (D) La couleur de l’échantillon. (E) L’état physique de l’échantillon.
La pureté nous informe sur la mesure dans laquelle une substance est exempte d’impuretés ou de substances indésirables. La question demande quelle proposition peut être utilisée pour aider à vérifier la pureté d’un échantillon. Considérons deux béchers, un contenant de l’eau pure et un contenant de l’eau salée, qu’on pourrait considérer comme contenant des impuretés. Les deux substances ont la même apparence physique et le même état physique. Ainsi, la couleur et l’état physique de l’échantillon ne peuvent pas nous aider à vérifier la pureté de l’échantillon.
Considérons le point d’ébullition de ces deux échantillons. Le point d’ébullition est la température à laquelle la pression de vapeur d’un liquide est égale à la pression environnante. Pour l’eau pure dans une atmosphère, le point d’ébullition est de 100 degrés Celsius. Mais lorsque le sel, une impureté, est ajouté à l’eau, le point d’ébullition n’est plus de 100 degrés Celsius. En effet, les impuretés interfèrent avec la capacité des molécules d’eau à s’échapper de la phase liquide, ce qui tend à diminuer la pression de vapeur. Lorsque la pression de vapeur diminue en raison de l’ajout d’un soluté, la solution doit être chauffée à une température plus élevée pour que le liquide bout. En général, plus il y a de soluté dissous ou d’impureté dans la substance, plus le point d’ébullition est élevé.
Nous savons donc maintenant que le point d’ébullition peut être utilisé pour vérifier la pureté d’un échantillon. Mais qu’en est-il du point de fusion ? Pour nous aider à comprendre comment les impuretés pourraient affecter le point de fusion d’un échantillon, examinons le saccharose pur et le saccharose impur. Les molécules de saccharose dans un échantillon pur, représentées par les carrés sur cette figure, sont disposées en un réseau cristallin ordonné qui maximise les forces intermoléculaires entre les molécules. Pour que l’échantillon puisse fondre, il faut fournir de l’énergie pour surmonter les forces intermoléculaires entre les molécules. Un échantillon pur de saccharose fondra à une température de 186 degrés Celsius.
Dans un échantillon de saccharose impur, les impuretés perturbent le réseau cristallin ordonné, affaiblissant les forces intermoléculaires dans le solide. Étant donné que les forces intermoléculaires sont plus faibles et que les impuretés sont dispersées de manière irrégulière dans le solide, un échantillon impur aura un point de fusion légèrement plus bas qui se situe dans une plage de températures au lieu d’une valeur précise. Ainsi, le point de fusion d’un échantillon peut également être utilisé pour aider à vérifier la pureté.
Par conséquent, pour nous aider à vérifier la pureté d’un échantillon, nous pouvons utiliser à la fois le point d’ébullition et le point de fusion de l’échantillon, soit le choix de réponse (C).
