1.4: Classification de la matière par composition

Matière : substances pures et mélanges

Selon sa composition, la matière peut être classée en deux grandes catégories : les substances pures et les mélanges. 

Une substance pure est une forme de matière qui a une composition constante partout avec des propriétés uniformes. Par exemple, tout échantillon de saccharose a la même composition et les mêmes propriétés physiques, comme le point de fusion, la couleur et le goût sucré, quelle que soit la source à partir de laquelle il a été isolé.  

Un mélange est composé d'au moins deux sortes de matière qui peuvent être présentes en quantités variables et qui peuvent être séparées par des transformations physiques, telles que l'évaporation. Les composants d'un mélange conservent leurs identités distinctes.

Substances pures : éléments et composés

Les substances pures peuvent être divisées en deux classes : les éléments et les composés. Les substances pures qui ne peuvent pas être décomposées en substances plus simples par des transformations chimiques sont appelées des éléments. Le fer, l'argent, l'or, l'aluminium, le soufre, l'oxygène et le cuivre sont des éléments.

Les substances pures qui peuvent être décomposées par des transformations chimiques sont appelées des composés. Cette décomposition peut produire des éléments ou d'autres composés, ou les deux. L'oxyde de mercure(II), un solide cristallin orange, peut être décomposé par la chaleur en éléments mercure et oxygène. Lorsqu'il est chauffé en l'absence d'air, le composé saccharose est décomposé selon l'élément carbone et le composé eau. Le chlorure d'argent(I) est un solide blanc qui peut être décomposé selon ses éléments, l'argent et le chlore, par absorption de la lumière.  

Les propriétés des éléments combinés sont différentes de celles à l'état de corps simple ou non combiné. Par exemple, le sucre cristallin blanc (saccharose) est un composé résultant de la combinaison chimique de l'élément carbone, qui est un solide noir dans l'une de ses formes non combinées, et des deux éléments hydrogène et oxygène, qui sont des gaz incolores lorsqu'ils ne sont pas combinés. Le corps simple sodium , un élément qui est un solide métallique mou, brillant, et le corps simple chlore, un élément qui est un gaz jaune-vert, se combinent pour former le chlorure de sodium (sel de table), un composé qui est un solide cristallin blanc.

Mélanges : homogènes et hétérogènes  

Un mélange homogène, également appelé solution, présente une composition uniforme et une apparence visuelle qui est la même partout. Un exemple de solution est une boisson de sport, composée d'eau, de sucre, de colorants, d'arômes, et d'électrolytes mélangés uniformément. Chaque goutte d'une boisson de sport a le même goût parce que chaque goutte contient les mêmes quantités d'eau, de sucre et des autres composants. Il est important de noter que la composition d'une boisson de sport peut varier — elle peut être fabriquée avec un peu plus ou un peu moins de sucre, d'arômes ou des autres composants, et être toujours une boisson de sport. D'autres exemples de mélanges homogènes comprennent l'air, le sirop d'érable, l'essence et une solution de sel dans l'eau.  

Un mélange dont la composition varie d'un point à un autre est appelé un mélange hétérogène. La vinaigrette italienne est un exemple de mélange hétérogène. Sa composition peut varier parce qu'elle peut être préparée à partir de diverses quantités d'huile, de vinaigre et d'herbes. Elle n'est pas la même d'un point à l'autre du mélange — une goutte peut être principalement du vinaigre, alors qu'une autre goutte peut être principalement de l'huile ou des herbes, car l'huile et le vinaigre sont séparés et les herbes se déposent. D'autres exemples de mélanges hétérogènes sont les biscuits aux pépites de chocolat (on peut voir les morceaux distincts de chocolat, de noix, de pâte à biscuits) et le granit (on peut voir le quartz, le mica, le feldspath et plus).  

Tout mélange, qu'il soit homogène ou hétérogène, peut être séparé en constituants purs par des moyens physiques sans changer l'identité des constituants. Bien qu'il y ait un peu plus de 100 éléments, des dizaines de millions de composés chimiques résultent de combinaisons différentes de ces éléments. Chaque composé a une composition spécifique et possède des propriétés chimiques et physiques définies qui le distinguent de tous les autres composés. Et, bien sûr, il existe d'innombrables façons de combiner des éléments et des composés pour former différents mélanges.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 1.2 : Phases et classification de la matière.  

La matière est composée d'atomes plus petites unités de base de la matière et des molécules qui sont formées en combinant deux atomes ou plus ensemble. Sur la base de sa composition, la matière peut être classée en deux groupes substances pures et mélanges. Par définition, une matière est dite pure s'elle est constituée d'un seul composant, par une composition uniforme partout.

Prenons par exemple l'hydrogène. L'hydrogène est composé de seulement des atomes d'hydrogène. De même, l'eau est composée uniquement de molécules d'eau.

Ces compositions ne varient pas d'un échantillon à l'autre. Les substances pures peuvent être classées en deux types éléments et composants, selon qu'ils peuvent ou non être décomposés. Les éléments sont des substances pures qui ne peuvent pas être décomposées en substances plus simples par des moyens chimiques.

Par exemple, l'hydrogène est un élément. Les composants, au contraire, sont des substances qui peuvent être séparés en leurs constituants uniquement par des moyens chimiques. Par exemple, l'eau, aussi une substance pure, peut être décomposée chimiquement en deux substances plus simples l'hydrogène et l'oxygène ce qui signifie que c'est un composant.

Sur Terre, les composants sont plus courants que les éléments purs car la plupart des éléments se combinent avec d'autres éléments. Par exemple, la craie utilisée pour écrire sur le tableau noir est composé de calcium, de carbone et d'oxygène;le sucre est composé de carbone, d'hydrogène, et d'oxygène. Mélanges, contrairement aux substances pures, sont constitués d'un ou plusieurs composants.

Leur proportion peut également varier d'un échantillon à l'autre. Par exemple, la limonade est un mélange de trois composants jus de citron, sucre et eau et leurs proportions peuvent être variés pour rendre la boisson plus ou moins sucrée. Les mélanges eux-mêmes peuvent être classés en deux types:homogène et hétérogène, selon l'uniformité du mélange des substances qu'ils contiennent.

Un mélange homogène présente une composition uniforme et apparaît visuellement le même partout. On parle souvent de solution. Par exemple, une cuillerée de sel dissous dans l'eau donne un mélange homogène comme chaque goutte de ce mélange a la même composition.

De même, la limonade est également un mélange homogène. Dans un mélange hétérogène, les composants ne sont pas répartis uniformément, et donc la composition varie d'un point à l'autre. Par exemple, du sable mélangé à de la limaille de fer ici, différentes parties de ce mélange auront probablement des quantités de limaille de fer et de sable.

Peu importe, tout mélange, qu'il soit homogène ou hétérogène, peut être séparé en ses composants purs par des moyens physiques sans changer les identités des composants. Par exemple, le sel peut être récupéré de la solution aqueuse en chauffant le mélange à sec. De même, la limaille de fer peut être séparée du sable à l'aide d'un aimant.