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Cours — L’air, les mélanges et la solubilité

4e · Cycle 4 · Organisation et transformations de la matière

Composition de l’air, mélanges homogènes et hétérogènes, miscibilité, dissolution et solubilité, conservation de la masse lors d’une dissolution.

Objectifs
Partie 1

L’air, un mélange de gaz

L’air n’est pas une espèce chimique unique : c’est un mélange de gaz. En volume, l’air sec contient :

diazote N₂ : 78 %dioxygène O₂ : 21 %autres gaz : 1 %

Composition de l’air sec en volume.

L’air a une masse : 1 L d’air pèse environ 1,2 g (à 20 °C, au niveau de la mer). Un gaz est compressible : on peut réduire son volume en le comprimant.
Partie 2

Mélanges homogènes et hétérogènes

Dans un mélange homogène, on ne distingue pas les constituants à l’œil nu (eau sucrée, sirop dilué). Dans un mélange hétérogène, on les distingue (eau et huile, eau boueuse).

Liquides miscibles : ils se mélangent et forment un mélange homogène (eau et sirop, eau et vinaigre).
Liquides non miscibles : ils forment des couches séparées (eau et huile).

Quand deux liquides ne sont pas miscibles, le moins dense se place au-dessus : l’huile (masse volumique 0,92 g/mL) flotte sur l’eau (1,0 g/mL).

Partie 3

La dissolution

Quand on met du sel dans l’eau et qu’on agite, le sel « disparaît » : il est dissous. On obtient une solution.

MotDéfinitionExemple (eau salée)
solutéespèce qui est dissoutele sel
solvantliquide qui dissoutl’eau
solutionmélange homogène obtenul’eau salée
Lors d’une dissolution, la masse se conserve : m(solution) = m(solvant) + m(soluté)
Le soluté n’a pas disparu : il est réparti dans tout le solvant, en particules trop petites pour être vues.
Partie 4

La solubilité

On ne peut pas dissoudre une quantité illimitée de soluté. La solubilité est la masse maximale de soluté que l’on peut dissoudre dans 1 L de solvant, à une température donnée. Elle s’exprime en g/L.

Soluté (dans l’eau, 20 °C)Solubilité
sel (chlorure de sodium)environ 360 g/L
sucre (saccharose)environ 2 000 g/L

Au-delà, le soluté ne se dissout plus et se dépose au fond : la solution est saturée.

Méthode — exemple rédigé. Peut-on dissoudre 50 g de sel dans 100 mL d’eau ?
1) Solubilité du sel : 360 g pour 1 L, donc pour 100 mL = 0,1 L : 360 × 0,1 = 36 g au maximum.
2) 50 g > 36 g : non, la solution sera saturée et 50 − 36 = 14 g resteront au fond.
Partie 5

Température et gaz dissous

La solubilité dépend de la température. Pour la plupart des solides (sucre, nitrate de potassium), elle augmente quand la température augmente.

Les gaz aussi se dissolvent dans l’eau : le dioxyde de carbone dans les sodas, le dioxygène dans les rivières (indispensable aux poissons). Mais pour les gaz, la solubilité diminue quand la température augmente : un soda tiède perd vite ses bulles.

Erreur fréquente : croire qu’un solide dissous a disparu. Si on évapore l’eau, on le retrouve : c’est le principe des marais salants.
L’essentiel
  • L’air : 78 % de diazote, 21 % de dioxygène, 1 % d’autres gaz ; 1 L d’air ≈ 1,2 g.
  • Mélange homogène ou hétérogène ; liquides miscibles ou non.
  • Soluté + solvant → solution ; la masse se conserve.
  • Solubilité : masse maximale dissoute par litre (g/L) ; au-delà, solution saturée.
  • Quand la température augmente : solubilité des solides en général ↑, celle des gaz ↓.
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