CHIM5231 - CHAP 2

Université de Yaoundé I-Ecole Normale Supérieure-Département de Chimie
CHIM5231- Chimie générale-CHAP 2. Deccaux KAPCHE, Professeur Page 1
CHAPITRE 2 : L'EAU DANS NOTRE ENVIRONNEMENT ET
NOTRE ALIMENTATION
I. Les mélanges homogènes et hétérogènes
Mélange: Présence dans un même récipient de plusieurs substances qui n'ont pas forcément le même état.
Mélange aqueux: mélange contenant de l'eau liquide.
Lorsque l'on mélange deux substances, il peut y avoir 2 cas : le mélange homogène et le mélange hétérogène.
Mélange homogène : mélange contenant des substances que l'on ne peut pas distinguer les unes des autres.
Mélange hétérogène : mélange contenant des substances que l'on peut distinguer les unes des autres.
Exemples:
Mélanges homogène
Mélanges hétérogène
Eau + Cola frais
Huile + Vinaigre de vin
Vinaigre + Jus de citron
Huile + Cola
Cola + Jus de citron
Huile + Vinaigre d'alcool
Eau gazéifiée + Vinaigre d'alcool
Eau gazéifiée + Huile
Eau + Vinaigre de vin
Eau + Huile
Solubilité et produit de solubilité
Les substances de type AB ou AmBn appelées Electrolytes sont plus ou moins dissociés dans l’eau. On distingue
deux types d’électrolytes.
Électrolyte faible : partiellement dissociés en solution aqueuse.
Électrolyte forts : totalement dissociés en solution aqueuse.
Soit la réaction de dissociation du composé AmBn en solution aqueuse :
AmBn(solide) ------> AmBn(dissout)-------> mAn- (aq) + nBm+ (aq)
La loi d’action d’action de masse appliquée à cet équilibre donne la relation : K = [An-]m * [Bm+]n
On définit la solubilité S d’un composé comme étant le nombre maximal de moles (ou de grammes) de cette
substance que l’on peut dissoudre dans un litre de solution. La relation entre Ks et S dans le cas du composé
AmBn est : Ks = [m.S]m[nS]n
Ks est appelé produit de solubilité
Exemple : l’équation chimique qui représente l’équilibre de la solubilisation de
Cu(IO3)2 (solide) dans l’eau est :
Cu(IO3)2 <========> Cu2+ (aq) + 2IO3- (aq)
L’expression de Ks relatif à cette équation est :
Ks = [Cu2+][IO3-]2
La valeur expérimentale de ce Ks est égale, à 25°C est : 7.4 * 10-8 M3, de sorte qu’on a à 25°C :
Ks = [Cu2+][IO3-]2 = 7.4*10-8 M3
Quelques exemples de Ks à 25°C :
Fe(OH)2 : Ks égal 8.0 * 10-16 M3
Zn(OH)2 : Ks égale 1.0*10-15 M3
AgBrO3 : Ks égale 5.8*10-5 M2
II. Obtention d'une solution aqueuse limpide à partir d'un mélange hétérogène
1) La décantation: Elle consiste à séparer les phases d'un mélange hétérogène liquide. Elle se fait dans une
ampoule à décanter.
2) La filtration: Elle consiste à séparer la phase solide de la phase liquide d'un mélange. Elle se fait à l'aide
d'un entonnoir et d'un papier filtre.
3) La centrifugation: C’est une méthode de séparation consistant à faire tourner le produit à grande vitesse
afin d'en séparer les constituants.

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III. Comment obtenir une solution aqueuse limpide à partir d'un mélange homogène ?
1) Par chauffage
Température d'ébullition : Température de passage de l'état liquide à l'état gazeux.
Le chauffage peut uniquement être utilisé si la phase à éliminer est plus volatile que l'eau.
L'opération consiste à porter le mélange à la température d'ébullition la plus basse. Arrivé à cette température
d'ébullition, cette substance va se vaporiser, laissant l'eau dans son état liquide. Au bout d'une certaine durée de
chauffage, il peut être arrêté. Il nous reste alors de l'eau liquide si la température d'ébullition est inférieure à
100°C.
2) Par distillation
Cette opération peut être utilisée quelle que soit la température d'ébullition du composé à éliminer.
La technique est la même que pour le chauffage sauf que dans le cas de la distillation, la vapeur qui va s'élever
dans le tube va se liquéfier dans le réfrigérant. Le composé récupéré s'appelle le distillat et ce qui reste dans le
ballon est appelé résidu de distillation.
1) Récupération des gaz par la technique de "déplacement" d'eau
Une phase aqueuse peut contenir un ou plusieurs gaz dissous (l'eau pétillante, le cola...). Ces gaz ne peuvent pas
être récupérés avec les expériences ci-dessus. On va donc être amené à utiliser un système de récupération de
gaz par "déplacement" d'eau.
Le gaz va s'échapper de la bouteille pour aller dans le tube à dégagement et va ensuite venir remplacer l'eau
dans le tube à essai. Il faut faire attention à ce que le gaz ne se mélange pas à l'eau. Dans le cas contraire, il faut
remplacer l'eau par un autre liquide.
2) Identification du gaz récupéré: exemple du dioxyde de carbone:
Protocole du test: On verse de l'eau de chaux dans un tube à essai rempli d'un gaz. Si l'eau de chaux se trouble
(blanchit) à son contact, ce gaz est du dioxyde de carbone.
V. L’eau
1. Les états de l’eau
Il existe trois états pour l'eau : l'état solide qui correspond à celui de la glace, l'état liquide, qui correspond à
celui de la goutte d'eau par exemple, et enfin l'état gazeux qui correspond à celui de la vapeur d'eau.
Le passage d'un état à un autre est appelé changement d'état.
Il existe 6 changements d'états explicités ci-dessous :
Le passage de l'état solide à l'état liquide est la fusion
Le passage de l'état liquide à l'état gazeux est la vaporisation
Le passage de l'état solide à l'état gazeux est la sublimation
Le passage de l'état gazeux à l'état solide est la condensation
Le passage de l'état gazeux à l'état liquide est la liquéfaction
Le passage de l'état liquide à l'état solide est la solidification.
Ce qui peut se résumer par le schéma suivant :

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Au cours d'un changement d'état, il y a variation de volume et conservation de la masse.
Mettons un glacon (de masse m=7,336g) ayant la forme d'un cube de côté 2cm dans une éprouvette et attendons
sa fusion. Le glaçon a un volume de 8cm3. Après la fusion, on peut lire sur la graduation de l'éprouvette 7,3mL.
Si on pèse le liquide, on trouvera une masse de 7,336g.
Quand l'eau passe de l'état solide à l'état liquide, son volume diminue de 10%.
Lors d'un changement d'état d'un corps pur, la température reste constante.
Des six changements d'états, trois ont besoin d'énergie : la fusion, la vaporisation et la sublimation. Les trois
autres : condensation, liquéfaction et solidification rejettent de l'énergie (sous forme de chaleur).
2. Propriétés des états physiques
La matière est constituée de molécules, elles-mêmes constituées d'atomes. La différence d'assemblage des
molécules dans la matière permet d'expliquer la présence de ses trois états : solide, liquide, gaz. Comment sont
assemblées les molécules dans chaque état et quelles sont les propriétés de ces états ?
2-1. L'état solide
Assemblage : les molécules sont en contact entres elles et sont extrêmement resserrées (on peut considérer
qu’elles sont attachées entres elles). Cela donne donc un état compact et ordonné.
Propriétés : un solide peut être pris totalement ou partiellement dans la main. Un solide que l'on pourra
prendre dans sa main totalement sera appelé solide compact (glace) et un solide dont on ne pourrait prendre
qu'une petite quantité sera appelé solide divisé (sable). Les solides compacts ont une forme propre tandis que
les solides divisés prennent la forme du récipient dans lequel ils sont mais ont une surface libre (surface en
contact avec l'air) quelconque.
Illustration :
2-2. L'état liquide
Assemblage : les molécules sont en contact entres elles mais ne sont pas attachées entres elles, elles glissent
les unes sur les autres : c'est un état compact et désordonné
Propriétés : les liquides n'ont pas de forme propre car ils prennent la forme du récipient qui les contient.
Illustrations :
2-3. L'état gazeux
Assemblage : les molécules ne se touchent pas. Entre les molécules, il y a du vide, c'est à dire absence de
matière. Les molécules sont en perpétuelle agitation.
Propriétés : les gaz n'ont pas de forme propre. Ils sont cependant très compressibles et expansibles.

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Définitions :
Compressibilité : caractéristique d'un corps à pouvoir réduire son volume sous une pression donnée.
Expansibilité : caractéristique d'un corps à pouvoir occuper l'espace qui lui est attribué.
Illustration : utilisation d'une seringue
2.4. Le plasma, 4ème état de la matière
Solide, liquide, et gaz ne sont pas les seuls états de la matière, il y'a aussi... le plasma! Et c'est le plus abondant
dans l'univers.
Le plasma est un gaz ionisé dans lequel certains électrons sont libres et ne sont plus attachés à un atome ou à
une molécule. Il est donc constitué d'ions, d'électrons et de molécules neutres. ... Le plasma est parfois appelé
"quatrième état de la matière".
A des températures particulièrement hautes, les liaisons atomiques des molécules de gaz se rompent, les atomes
s’ionisent, les électrons leur sont arrachés. Lorsque la proportion des électrons libres est supérieure à celle des
molécules neutres, le gaz, isolant, se fluidifie et forme alors un plasma conducteur d'électricité.
A l'état naturel, sur Terre, il n'existe que deux phénomènes manifestes de l'état plasma : la foudre et les
aurores boréales. Les hautes températures ne sont donc pas les seuls phénomènes qui peuvent engendrer
l'apparition de plasma: le peuvent également, le bombardement de rayons ionisants, comme c'est le cas des
aurores boréales, ou la soumission d'un gaz à un puissant champ électrique, comme c'est le cas de la foudre.
Les plasmas sont toutefois très répandus à travers l'univers, représentant près de 99% de la matière visible :
étoiles, nébuleuses, quasars... Très peu répandu sur Terre, puisque très peu propice à la vie, on observe
cependant des manifestations maîtrisées de plasma dans des objets de la vie quotidienne : téléviseurs, tubes à
néon, boules ionisantes qui eurent un grand succès décoratif dans les années 90 (image ci-dessus).
2.5. Qu'est-ce qui différencie les 4 états de la matière?
 Les atomes d'un solide, constitués d'un noyau et d'électrons, sont fortement liés entre eux, à tel point que
l'ensemble est quasi fixe.
 Les atomes d'un liquide ne sont plus que partiellement liés entre eux : néanmoins, chaque atome est
encore lié à ses électrons.
Une lampe à plasma (img L. Viatour)

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 Les atomes d'un gaz ne sont plus du tout ou presque pas liés entre eux. Ils conservent toutefois leur
cohésion atome/électrons.
 Le plasma, enfin, est un état dans lequel les électrons mêmes ne sont plus liés à leur atome, et errent
plus ou moins librement.
Le plasma, bien qu'il soit le plus connu des états de la matière en dehors des classiques Solide-Liquide-Gazeux,
n'est pas le seul! Outre les états critiques intermédiaires (par exemple état mésomorphe ou cristal liquide, état
supercritique liquide-gaz) existent également dans des conditions particulières des états singuliers de la matière,
c'est le cas par exemple des condensats de Bose-Einstein. Certaines particularités jouent également sur les
propriétés d'une matière : de l'eau peut se retrouver à l'état liquide et à pression normale, en dessous de 0° C, on
parle de surfusion dans un état liquide métastable : une simple perturbation initie à une vitesse phénoménale la
solidification de cette eau. Certains mélanges par exemple, de maïzena et d'eau, se comportent comme un fluide
si on le manipule lentement. Dès lors par contre qu'on le manipule avec force ou rapidement, ce fluide se
comporte quasiment comme un solide, à tel point que l'on peut courir dessus. On parle de Fluide non-
newtonien.
3. Le cycle de l'eau
L'eau recouvre environ 70% de la surface de la planète et est présente en très grande quantité (mer, océan, lac,
rivière, nappe phréatique, neige, calotte glacière, atmosphère).
On estime la quantité d'eau à environ 1 400 000 000 000 000 000 000 litres !
Cette eau qui nous entoure suit un cycle : le cycle de l'eau