Thème 1 : Constitution et transformations de la matière | Physique-Chimie | Seconde générale et technologique
Dernière mise à jour : 22 juin 2026, 17:00
Objectifs du chapitre :
Réaliser et interpréter des tests caractéristiques
Exploiter une chromatographie pour identifier les constituants d'un mélange
Calculer une masse volumique et une densité pour identifier une espèce
Situation d'introduction
Un laboratoire reçoit un liquide incolore non étiqueté : est-ce de l'eau ? de l'éthanol ? un autre solvant ? Et le colorant vert d'un bonbon : est-il « pur » ou fabriqué à partir de plusieurs colorants ? Pour répondre, le chimiste dispose d'une boîte à outils : tests caractéristiques, chromatographie et mesures physiques (masse volumique, densité).
1. Les tests caractéristiques
Principe
Un test caractéristique met en évidence la présence d'une espèce par un changement observable (couleur, trouble, dégagement gazeux).
Espèce recherchée
Test
Résultat positif
Eau
sulfate de cuivre anhydre (blanc)
devient bleu
Dioxyde de carbone \(CO_2\)
eau de chaux
se trouble (laiteuse)
Dioxygène \(O_2\)
bûchette incandescente
se rallume
Dihydrogène \(H_2\)
flamme approchée
détonation (« aboiement »)
Amidon
eau iodée
teinte bleu nuit
Méthode — identifier une espèce par un test
Choisir le réactif test correspondant à l'espèce recherchée (colonne « Test »).
Réaliser le test sur l'échantillon et observer précisément (couleur, trouble, gaz, son).
Comparer au résultat positif attendu : s'il apparaît, l'espèce est présente ; sinon, elle est absente.
Exemple travaillé. On verse quelques gouttes d'eau de chaux limpide dans un flacon contenant un gaz inconnu : l'eau de chaux se trouble (devient laiteuse). Le test du \(CO_2\) est positif → le gaz est du dioxyde de carbone.
Attention
Un test caractéristique ne détecte qu'une seule espèce à la fois : un résultat négatif signifie seulement que cette espèce-là est absente, pas que l'échantillon est « pur ». Pour rechercher plusieurs espèces, on enchaîne plusieurs tests.
Mini-exercice 1. Un gaz trouble l'eau de chaux et éteint une bûchette. De quel gaz s'agit-il ?
Le dioxyde de carbone \(CO_2\) (l'eau de chaux se trouble ; contrairement à \(O_2\), il n'entretient pas la combustion).
2. La chromatographie
Définition
La chromatographie sépare les espèces d'un mélange selon leur vitesse d'entraînement par un solvant (l'éluant) le long d'un support. Chaque espèce migre à une hauteur qui lui est propre.
Méthode — lire un chromatogramme
Deux taches à la même hauteur = même espèce.
Un dépôt qui donne plusieurs taches est un mélange.
On identifie une espèce du mélange en la comparant aux références déposées à côté.
Exemple. Sur le schéma, le mélange M donne deux taches, à la hauteur de A (vert) et à la hauteur de B (rouge) : M est un mélange contenant les espèces A et B.
Mini-exercice 2. Un colorant de sirop donne une seule tache, à la même hauteur que la référence E102. Que conclure ?
Le colorant du sirop est une espèce pure : c'est le colorant E102 (une seule tache, même hauteur).
3. Masse volumique et densité
Définition
La masse volumique est \( \rho=\dfrac{m}{V} \) (en g/cm³ ou kg/m³). La densité (sans unité) est \( d=\dfrac{\rho}{\rho_{eau}} \), avec \(\rho_{eau}=1{,}0\) g/cm³. Ces grandeurs sont caractéristiques d'une espèce : elles permettent de l'identifier.
Propriété — flotter ou couler
Un corps moins dense que l'eau (\(d<1\)) flotte ; un corps plus dense (\(d>1\)) coule. Comme \(\rho_{eau}=1{,}0\) g/cm³, la densité \(d\) d'un liquide ou d'un solide a la même valeur numérique que sa masse volumique exprimée en g/cm³.
Méthode — identifier une espèce par sa masse volumique
Mesurer le volume \(V\) (éprouvette graduée pour un liquide, ou par déplacement d'eau pour un solide).
Mesurer la masse \(m\) à la balance.
Calculer \(\rho=\dfrac{m}{V}\) (penser aux unités : g et cm³ → g/cm³).
Comparer la valeur trouvée à celles d'un tableau de référence pour identifier l'espèce.
Exemple travaillé. Un liquide a \(V=50\) cm³ pour \(m=40\) g : \(\rho=\dfrac{40}{50}=0{,}80\) g/cm³ et \(d=\dfrac{0{,}80}{1{,}0}=0{,}80\). Comme \(d<1\), ce liquide est moins dense que l'eau : il flotte.
Erreurs fréquentes
❌ Donner une unité à la densité → ✅ la densité est un rapport, sans unité.
❌ Conclure qu'une tache de chromatographie « pure » prouve un corps pur absolu → ✅ elle prouve seulement qu'on n'a pas séparé d'autres espèces avec cet éluant.
Mini-exercice 3. Un échantillon a \(m=27\) g pour \(V=10\) cm³. Calcule \(\rho\). (Aluminium si \(\rho\approx2{,}7\) g/cm³.)
\(\rho=\dfrac{27}{10}=2{,}7\) g/cm³ : cohérent avec l'aluminium.
Mini-exercice 4. Un liquide incolore (\(V=25\) cm³, \(m=19{,}75\) g) : eau (\(\rho=1{,}0\)) ou éthanol (\(\rho=0{,}79\)) ?
\(\rho=\dfrac{19{,}75}{25}=0{,}79\) g/cm³ → c'est l'éthanol.
4. Applications
Autour de nous.
Contrôle anti-dopage et analyses médicales : la chromatographie sépare et identifie les molécules présentes dans un prélèvement.
Agroalimentaire : on vérifie par chromatographie si un colorant ou un arôme est unique ou mélangé.
Bijouterie : la masse volumique permet de distinguer l'or (\(\rho\approx19{,}3\) g/cm³) d'un métal moins dense, donc de repérer une contrefaçon.
Sécurité : le test à l'eau de chaux sert à détecter le \(CO_2\) ; le test à la flamme du \(H_2\) rappelle son risque explosif.
À retenir
Tests : eau (sulfate de cuivre → bleu), \(CO_2\) (eau de chaux trouble), \(O_2\) (rallume une bûchette), \(H_2\) (détonation).
Chromatographie : même hauteur = même espèce ; plusieurs taches = mélange.