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Vidéo de la leçon : Détermination de la pureté Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre ce que signifie un échantillon pur, et comment utiliser la pureté pour décrire un échantillon qui est impur. Nous allons également apprendre à calculer la pureté d’une substance en fonction de sa proportion en masse.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre ce que signifie un échantillon pur et comment utiliser la pureté pour décrire un échantillon qui est impur. Nous apprendrons également à calculer la pureté d’une substance en fonction de sa proportion en masse. Et nous verrons aussi comment les impuretés affectent les points de fusion et d’ébullition.

Premièrement, que signifie « pur » ? Dans la vie de tous les jours, vous pourriez le voir utilisé pour décrire une personne droite attachée à ses valeurs. Ou vous pouvez le voir sur les emballages au supermarché, comme du bœuf haché pur à 100 pour cent. Dans la vie de tous les jours, « pur » signifie tout cela et rien d’autre. Ainsi, le bœuf pur est du bœuf et seulement du bœuf. Mais les chimistes utilisent le mot « pur » pour dire quelque chose de plus spécifique. Le bœuf est composé de protéines, de graisses, d’eau et de nombreuses autres substances. C’est toujours du bœuf pur, mais ce n’est pas une substance pure car il est composé de nombreuses substances différentes. Ainsi, pour un chimiste, un échantillon est un produit chimique pur s’il ne contient qu’une seule substance. Il n’y a pas de mal à appeler du bœuf pur bœuf, mais si vous avez mis votre blouse de chimiste, vous devez penser à la version chimique de la pureté.

Pour un chimiste, un échantillon est soit parfaitement pur, soit il l’est pas. Si un échantillon n’est pas pur, on dit qu’il est impur. Mais ce n’est pas aussi simple ! La moindre impureté rendra un échantillon impur. Donc, nous allons parler de cela plus en détail. Nous pouvons penser à la pureté comme en nous situant sur un spectre entre complètement impur et complètement pur. Si nous avons un échantillon qui contient 99 pour cent du produit chimique que nous voulons, c’est généralement assez proche. Un échantillon peut être beaucoup moins pur que cela, nous pouvons donc imaginer une gamme, que nous mesurons avec des pourcentages. Un échantillon pur est pur à 100 pour cent. Et nous pourrions imaginer qu’un échantillon, qui ne contient aucun des produits chimiques que nous voulons, est pur à zéro pour cent (bien que nous n’utiliserions pas ce langage très souvent).

Une fois que nous aurons atteint les 95 pour cent, vous entendrez peut-être parler de produits chimiques comme étant « presque purs », parce que pour de nombreuses applications, c’est suffisant. Fabriquer un produit chimique relativement pur n’est parfois pas si coûteux. Mais rendre des produits chimiques vraiment purs peut être beaucoup, beaucoup plus cher. Parfois, les produits de faible pureté conviennent à certaines applications, telles que le nettoyage. Mais pour certaines applications, même la plus petite quantité d’impureté peut rendre un échantillon complètement inutile. Par exemple, si un médicament n’était pur qu’à 99 pour cent, et que nous ne savions pas en quoi consistait l’autre un pour cent, il ne serait pas prudent de le prendre.

En laboratoire, nous utilisons habituellement des produits chimiques avec une pureté située entre ces deux extrêmes. Bien entendu, il n’est pas nécessaire de ne parler que d’un seul produit chimique lorsque nous discutons de la pureté d’un échantillon. Nous pourrions parler de la pureté de tous les produits chimiques d’un échantillon. Ainsi, un mélange de produits chimiques X et Y sera compris entre 100 pour cent de X et 100 pour cent de Y. Cela pourrait être 50 pour cent de l’un ou 50 pour cent de l’autre, ou quoi que ce soit entre les deux. Mais à quoi ces pourcentages se rapportent-ils réellement?

Lorsque vous parlez de pourcentage de pureté, vous pourriez parler de plusieurs choses, telles que la masse, le volume ou la quantité en moles. Mais le plus souvent, nous utilisons la masse. Donc, nous calculons le pourcentage de pureté en prenant la masse attribuée au produit chimique qui nous intéresse, en la divisant par la masse totale de l’échantillon, et en multipliant par 100 pour cent.

Voici un exemple où la masse de l’échantillon est de 10 grammes. Nous avons huit grammes de notre produit chimique cible, et deux grammes de nos impuretés. Nous pouvons calculer le pourcentage de pureté en prenant la masse du produit chimique qui nous intéresse, en la divisant par la masse totale de l’échantillon et en la multipliant par 100 pour cent, ce qui nous donne une pureté de notre produit chimique cible de 80 pour cent dans cet échantillon. Lorsque nous parlons de la pureté de cette manière, vous pouvez voir le symbole « w/w » en anglais, qui signifie poids de produit chimique par poids d’échantillon.

Nous avons examiné le pourcentage de pureté, mais nous n’avons pas vraiment examiné ce qu’une impureté signifie. Si un « plaisir pur » est l’heure que vous passez à jouer au laser, l’impureté ce sont les 20 minutes qu’il faut pour y aller. Ce que nous appelons une impureté dépend de la situation. Imaginez que vous êtes dans la cuisine et que vous faites un gâteau, et que vous voulez utiliser du sucre ou du sel. Maintenant, imaginez saupoudrer un peu de sel sur un tas de sucre et un peu de sucre sur un tas de sel. Si vous voulez du sucre pur, mais qu’il y a aussi un peu de sel, le sel est l’impureté. Mais si vous voulez du sel pur et qu’il y a un peu de sucre, le sucre est l’impureté.

Très souvent, les impuretés sont assez similaires au produit chimique que nous voulons. Par exemple, dans le carbonate de calcium en poudre, il peut y avoir un peu d’oxyde de calcium. Tous deux sont des composés ioniques qui contiennent du calcium et de l’oxygène. Et les impuretés peuvent également n’avoir aucun lien avec le produit chimique. Lorsque nous avons du sucre et du sel, nous avons deux produits chimiques très différents. L’un est un composé organique avec des liaisons covalentes entre le carbone, l’hydrogène et l’oxygène. Et l’autre est un composé inorganique avec des liaisons entre les ions de sodium et les ions de chlorure.

Les impuretés peuvent être nocives, de sorte que vous pouvez avoir de l’hydroxyde de sodium corrosif mélangé au sel. Ou tel que un peu de sel dans du sucre, elles peuvent être inoffensives, même si le boulanger ne serait peut-être pas d’accord. En fin de compte, cela dépend de la situation dans laquelle vous vous trouvez, et à la nature de l’impureté.

Jusqu’ici, nous avons vu comment décrire la pureté et les impuretés. Mais comment faire pour évaluer la pureté? Le sel fin de table est une poudre blanche. Le sucre fin peut y ressembler beaucoup. Imaginez que vous ayez un très bon mélange des deux. Et imaginez que vous ne savez pas combien il y a de sucre et de sel. Pour les solides qui sont très, très différents sur le plan chimique, comme le sel de table et le sucre, c’est assez difficile à faire. Mais quelque chose d’intéressant se produit si les produits chimiques sont assez similaires, comme un mélange de sucre de table et de glucose, qui est la molécule qui peut être produite à partir de sucre.

Il y a une observation simple et très fiable concernant les mélanges comme ceux-ci, que vous pouvez utiliser pour dire si quelque chose est presque pur dans un sens ou dans l’autre. Le point de fusion du sucre est de 186 degrés Celsius. Généralement, avec une substance chimique pure, il y aura un point de fusion très précis. En dessous de ce point de fusion, il sera solide. Et au-dessus de ce point de fusion, il sera liquide. Mais pour un échantillon composé principalement du produit chimique avec un peu d’impureté, le point de fusion sera compris dans un intervalle de température plus large, et sera inférieur à la valeur du produit chimique pur.

C’est ce que nous pourrions voir pour un échantillon contenant 99 pour cent de sucre. Peut-être en dessous de 184 degrés Celsius, c’est un solide. Et au-dessus de 185 degrés Celsius, ce sera un liquide. Entre les deux, nous verrons un mélange de solide et de liquide, peu importe combien de temps nous chauffons à cette température. Ces chiffres ont été calculés pour le sucre légèrement impur. Nous ne pouvons pas être sûrs exactement du point de fusion du sucre 99 pour cent pur, car il peut dépendre de l’impureté. Mais pour quelque chose qui est principalement pur, nous pouvons être sûrs d’avoir un point de fusion approximatif, inférieur à la valeur standard.

Ici, nous avons examiné le sucre et du sucre légèrement impur. Mais nous aurions pu examiner le glucose, et nous aurions constaté le même effet, le point de fusion d’un mélange impur étant légèrement inférieur au point de fusion du glucose pur. Tout cela signifie que nous avons un test simple. Si nous avons un échantillon que nous pensons être pur, son point de fusion devrait être exactement celui du produit chimique pur. Donc, si nous évaluons le point de fusion de l’échantillon que nous pensons être du sucre pur, s’il est de 186 degrés Celsius et qu’il s’agit d’un point de fusion très précis, alors nous avons probablement affaire à du sucre pur. Si, cependant, le point de fusion est inférieur à 186 degrés Celsius et qu’il est assez approximatif, alors nous aurons probablement du sucre impur. Et nous devrons faire d’autres tests pour déterminer quelles sont les impuretés.

Mais jusqu’à présent, nous avons examiné des mélanges de solides. Qu’en est-il des mélanges de liquides? Pour les liquides purs, le point d’ébullition sera une valeur très précise et reproductible, comme pour l’eau; c’est 100 degrés Celsius. Si nous ajoutons du chlorure de sodium, du sel de table, le point d’ébullition peut atteindre 104 degrés Celsius. Mais gardez à l’esprit qu’il y a quelques exceptions où ajouter quelque chose à l’eau diminuera son point d’ébullition plutôt que de l’augmenter. Mais de manière générale, lorsque nous examinons des échantillons impurs, nous nous attendons à un point de fusion approximatif inférieur à la valeur du point de fusion du composé pur, ainsi qu’à un point d’ébullition plus élevé.

La dernière chose que nous allons voir est comment vous arrangez si vous savez que votre échantillon est impur. En fait, pendant la majeure partie de l’histoire humaine, nous avons rarement eu des échantillons que nous appellerions aujourd’hui des produits chimiques purs. L’eau de l’océan contient beaucoup d’impuretés différentes. Même l’eau de pluie renferme de la poussière contenue dans l’atmosphère et des gaz dissous. Les métaux ou leurs minerais du sol sont difficiles à purifier. Et la technologie pour en faire des substances pures n’existe que depuis quelques centaines d’années. La chimie s’est très bien déroulée sans produits chimiques purs. C’est parce que, dans de nombreux cas, les impuretés n’interfèrent pas avec la réaction en question.

Mais si vous voulez produire de l’eau de pluie ou fabriquer un métal vraiment pur pour une application donnée, il y a certaines choses que vous pouvez faire. Il existe de très, très nombreuses formes de purification, mais toutes aident à éliminer les impuretés, laissant un échantillon plus pur. La filtration, la cristallisation et la distillation ne sont que quelques exemples adaptés à différents cas d’utilisation. L’alternative consiste simplement à utiliser plus d’échantillon.

Disons, par exemple, que vous aurez besoin d’exactement un gramme de bicarbonate de sodium pour une réaction. Mais vous n’avez que du bicarbonate de soude pur à 95 pour cent, et le reste est peut-être sans importance, comme du chlorure de sodium. Tout ce que nous devons faire, c’est un ajustement. Nous savons qu’il est pur à 95 pour cent, il suffit donc d’en ajouter un peu plus pour que la masse totale de bicarbonate soit de un gramme. Dans ce cas, nous aurions besoin d’ajouter environ 1,05 grammes de notre bicarbonate de sodium pur à 95 pour cent, pour avoir un gramme de bicarbonate de sodium. Ce n’est que le principe; nous n’entrerons pas dans les détails mathématiques dans cette vidéo. Au lieu de cela, il est temps de passer à la pratique.

L’image ci-dessous montre une bouteille de jus d’orange étiquetée. Pourquoi la société pourrait-elle prétendre que le jus d’orange est pur à 100 pour cent?

Voici notre bouteille, voici l’étiquette, et ici nous pouvons voir noté sur la bouteille la revendication que le jus d’orange est pur à 100 pour cent. Dans le langage courant, lorsque nous voyons le mot « pur », cela signifie généralement que nous avons affaire à cette chose et à rien d’autre. Donc, c’est du jus d’orange et rien que du jus d’orange. Cela signifie qu’il n’y a pas de jus de pomme, ni de jus de mûre, et pas de banane. Donc, tout le jus de la bouteille proviendrait d’oranges. Une autre chose à laquelle on peut s’attendre quand on voit le mot « pur » sur de la nourriture ou sur une boisson, est que rien n’a été ajouté. Cela signifie que des sucres, des édulcorants artificiels, etc., n’ont pas été introduits. L’exception que nous pourrions faire pour le jus d’orange est que de l’eau a été ajoutée. Par conséquent, une entreprise pourrait prétendre que le jus d’orange est pur à 100 pour cent parce qu’il ne contient aucun produit ajouté ou artificiel.

Pourquoi un chimiste pourrait-il dire que le jus d’orange n’est pas pur?

Pour un chimiste, le mot « pur » a une signification légèrement plus spécifique. Nous utilisons « pur » lorsque nous nous référons à un échantillon qui ne contient qu’une seule substance chimique. Les substances contenues dans le jus d’orange comprennent l’eau, différents types d’acides, les sucres et, selon le type, il peut y avoir plus ou moins de fibres issues de la pulpe. Mais ce n’est qu’une courte liste des très nombreuses substances que vous pouvez trouver dans le jus d’orange. Toutes ces substances sont des produits chimiques différents, de sorte que le jus d’orange n’est pas un produit chimique pur. Ainsi, un chimiste pourrait dire que le jus d’orange n’est pas pur, car il ne contient pas qu’une seule substance.

Ensuite, essayons de calculer le pourcentage de pureté.

Un échantillon impur de chlorure de magnésium a une masse de 50 grammes. Après une purification parfaite, 45 grammes de chlorure de magnésium sont récupérés. Quel est le pourcentage de pureté de l’échantillon d’origine?

Le chlorure de magnésium est un sel de formule MgCl2. Et on nous dit que nous avons un échantillon contenant du chlorure de magnésium avec une masse de 50 grammes. Mais il est impur. Une partie de l’échantillon est du chlorure de magnésium, mais une partie de l’échantillon ne l’est pas. Ensuite, on nous dit que cet échantillon a subi une purification parfaite. Lorsque nous effectuons une purification, notre objectif est d’éliminer les impuretés. Lors d’une purification parfaite, nous éliminons toutes les impuretés et ne perdons aucun de nos produits chimiques cibles. Dans ce cas, nous obtenons 45 grammes de chlorure de magnésium pur à 100%.

La question est de savoir quel est le pourcentage de pureté de l’échantillon de départ. Donc, pour récapituler, nous avons notre échantillon de départ, qui pesait 50 grammes. Il a ensuite été purifié, éliminant les impuretés, laissant 45 grammes de chlorure de magnésium. Donc, nous avons dû enlever cinq grammes d’impuretés parce que nous ne pouvons pas gagner ou perdre de la masse dans des cas comme celui-ci. Nous savons qu’il y avait cinq grammes d’impuretés parce que 50 grammes moins 45 grammes font cinq grammes.

Maintenant, la question ne concerne pas la masse des impuretés. Elle concerne le pourcentage de pureté de l’échantillon d’origine. Et nous calculons le pourcentage de pureté en prenant la masse de la substance chimique de l’échantillon, nous la divisons par la masse totale de l’échantillon, et multiplions le résultat par 100 pour cent. La masse de produit chimique est la masse de chlorure de magnésium récupérée. Et la masse de l’échantillon d’origine était de 50 grammes. Nous pouvons alors multiplier cela par 100 pour cent. Cela nous donne 0,9 fois 100 pour cent, soit 90 pour cent. Ainsi, la masse de l’échantillon d’origine qui est attribuée au chlorure de magnésium est de 90 pour cent.

Ensuite, revenons aux points clés. En chimie, lorsque nous utilisons « pur » pour décrire un échantillon, nous voulons dire qu’il est composé d’une seule substance chimique. Et nous pourrions appeler cet échantillon 100 pour cent pur. Nous décrivons souvent la pureté en utilisant le pourcentage de pureté, ce qui nous donne le pourcentage de la masse de l’échantillon qui est attribuée au produit chimique en particulier. Nous le calculons en prenant la masse du produit chimique dans l’échantillon, en la divisant par la masse totale de l’échantillon et en multipliant le résultat par 100 pour cent.

Une impureté est simplement n’importe quelle autre substance qui n’est pas souhaitée. Si nous introduisons des impuretés dans un échantillon pur, nous réduirons le point de fusion. Cela élargira également la distance entre la température à laquelle nous avons 100 pour cent de liquide et la température à laquelle nous avons 100 pour cent de solides. Et de manière générale, si nous introduisons une impureté dans l’eau, nous augmenterons le point d’ébullition de l’eau. Et cela se produit également avec d’autres liquides.

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