Question:
Qu'est-ce qu'une substance pure?
drN
2013-01-03 19:23:05 UTC
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J'ai découvert en me préparant à enseigner "Introduction à la thermodynamique" qu'il existe différentes définitions ou exemples de substances pures. Par exemple, le manuel que je dois utiliser "Thermodynamique une approche d'ingénierie, Cengel et Boles" définit une substance pure comme une substance qui a la même composition chimique partout. L'air sous forme gazeuse est cité en exemple. L'air sous sa forme liquéfiée ne l'est PAS puisqu'il se sépare en ses divers composants.

Le livre de chimie des mannequins suggère que le sucre peut être considéré comme une substance pure car il a la même composition chimique tout au long de. Et l'eau peut être considérée comme une substance pure pour la même raison.

Un mélange homogène de sucre et d'eau serait-il donc considéré comme une substance pure? Après tout, un mélange homogène a des "propriétés identiques" tout au long de ses phases.

Une autre définition d'une substance pure suggère que tout matériau constitué du même type d'atomes est un pur substance. Ainsi, les éléments individuels du tableau périodique et les éléments constitués "uniquement" sont des substances pures. D'autres choses ne sont que des mélanges homogènes ou hétérogènes.

Les substances pures (que nous les considérions comme des éléments, des composés ou des mélanges) sont-elles simplement très difficiles à décomposer en leurs composants individuels?

Ou la définition d'une substance pure changerait-elle en fonction de la personne à qui vous parlez (chimistes, phycisistes, thermodynamiciens)?

L'air n'est pas une substance pure; c'est un mélange.
@Nick mais les constituants de l'air ne peuvent pas être extraits sans beaucoup d'efforts. Donc, dans le cas où il faudrait beaucoup d'énergie pour extraire les constituants, peut-il être décrit comme une substance pure?
non, une substance pure n'est pas un mélange. Si vous pouvez séparer les substances d'un mélange à l'aide d'une centrifugeuse, d'une chromatographie ou de toute autre méthode physique, elles ne sont pas pures.
Je suis incapable de choisir une bonne réponse à cette question plutôt subjective. Aucun conseil?
La réponse d'@BenNorris me semble correcte. Les ingénieurs peuvent utiliser une définition différente si cela convient à leurs objectifs, mais la chimie définit précisément une substance pure.
@Nick C'était la raison même pour laquelle j'étais circonspect quant à la migration de cette question de la physique vers chem.SE. C'était une question gênante (à catégoriser) en physique.SE! `: P` En tant qu'ingénieur, je ne suis pas toujours d'accord avec les chimistes!
Cinq réponses:
#1
+15
Ben Norris
2013-01-04 02:09:06 UTC
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"Thermodynamique une approche d'ingénierie, Cengel et Boles" définit une substance pure comme une substance qui a la même composition chimique partout.

C'est la définition correcte d'une substance pure . Cependant, l'air, quelle que soit sa phase, n'est pas une substance pure.

Toute matière est classée en tant que substance "pure" ou en mélange. Le mot «pur» devant «substance» n'est pas nécessaire, car la définition de la substance implique la pureté. Une substance est un échantillon dont la composition est chimiquement uniforme. En d'autres termes, toutes les particules de cet échantillon sont chimiquement identiques (qu'il s'agisse d'atomes ou de molécules ou de réseaux ioniques ou autre). Les substances ne peuvent être séparées en composants plus simples par aucun processus physique (c'est-à-dire sans rompre les liaisons chimiques). Les mélanges sont des échantillons contenant deux substances ou plus. Tous les mélanges peuvent être physiquement séparés, bien que les moyens de le faire ne soient ni faciles ni pratiques.

L'air est un mélange d'azote ($ \ ce {N2} $), oxygène ($ \ ce {O2} $), dioxyde de carbone ($ \ ce {CO2} $), argon ($ \ ce {Ar} $), vapeur d'eau et traces d'autres gaz. Chacun de ces gaz est séparément une substance. L'air peut être facilement (mais pas dans le confort de votre propre maison) séparé en ses éléments constitutifs. L'air de refroidissement provoquera la condensation des composants constituants à une température progressivement plus basse: d'abord la vapeur d'eau, puis $ \ ce {CO2} $ (195 K), suivi de $ \ ce {Kr} $ (120 K), $ \ ce {O2} $ et $ \ ce {CH4} $ (90 K), $ \ ce {Ar} $ (87 K), $ \ ce {N2} $, $ \ ce {Ne} $ (27 K) , $ \ ce {H2} $ (20 K) et $ \ ce {He} $ (4 K).

Au fur et à mesure que chaque substance se condense hors de l'air, elle peut être physiquement séparée du gaz restant, ce qui réduit la complexité du mélange. Chaque substance, si elle est remise à l'état gazeux séparée du mélange d'origine, est physiquement et chimiquement distincte du mélange d'origine (ou de tout ce qui en reste). De telles séparations physiques n'ont pas besoin d'être faciles pour faire de l'air un mélange, elles doivent être possibles

Une substance pure ne présente pas ce comportement. Lorsque l'eau pure est refroidie, elle subit un changement de phase en glace, qui est physiquement séparable de l'eau liquide. Cependant, les échantillons solides et liquides sont encore de l'eau. Vous n'avez pas réduit la complexité de l'échantillon, vous avez simplement changé sa forme. Si vous laissez fondre l'eau solide séparée, elle sera physiquement et chimiquement impossible à distinguer de l'échantillon d'eau d'origine. L'eau pure ne peut pas être séparée en d'autres substances chimiquement distinctes sans effectuer une réaction chimique, ce qui signifie rompre et former des liaisons entre les atomes.

La majorité de la matière avec laquelle nous interagissons dans notre vie quotidienne est constituée de mélanges.

Nous rencontrons quelques substances pures dans la cuisine. Le sucre de table est un composé unique (saccharose). Il en va de même pour le sel de table (chlorure de sodium), le bicarbonate de soude (bicarbonate de sodium) et la crème de tartre (bitartrate de potassium). L'eau est une substance pure, tant qu'elle a été purifiée. La plupart de l'eau que nous rencontrons contient d'autres substances dissoutes.

L'or (tant qu'il est 24K) est une substance élémentaire pure. Il en va de même pour le diamant (carbone), le graphite (également le carbone) et le néon dans les néons. Tous les minéraux sont des substances pures, y compris l'amiante. Le verre est une substance pure. La plupart des pierres précieuses sont des substances pures.

Van Wylen, dans son manuel "Fondamentaux de la thermodynamique classique", définit l'air comme une substance pure tant qu'il est sous sa forme gazeuse. Une fois liquéfié, il se sépare en ses composants.
L'air est un mélange homogène de plusieurs substances gazeuses. Si l'air est une substance pure, le cola diététique l'est aussi (également un mélange homogène).
Oui, la ligne de force de la définition de Wan Vylen est que l'air NE PEUT PAS ÊTRE SÉPARÉ en ses constituants * facilement * sous forme gazeuse. Je pense que le simple fait d'ouvrir une canette de cola diététique / de cola ordinaire commence à libérer des bulles de CO2 ...
Oui, mais la caféine, l'acide phosphorique, le colorant caramel, l'édulcorant artificiel, etc. sont beaucoup plus difficiles à séparer, mais ils sont * séparables *. Le corps humain le fait tout le temps. L'inclusion de l'air par Van Wylen en tant que substance pure n'est pas correcte. J'ai mis à jour ma réponse pour mieux expliquer pourquoi.
Je suppose que la définition est assez subjective.
La définition n'est pas subjective. Une substance pure a toutes les particules ayant la même identité chimique. Cette définition se trouve sur la première ou la deuxième page de tous les textes d'introduction à la chimie. C'est l'article de Wikipédia pour le fond. L'air ne respecte pas ce critère quelle que soit la phase.
laissez-nous [continuer cette discussion dans le chat] (http://chat.stackexchange.com/rooms/6978/discussion-between-ben-norris-and-drn)
Seule la définition de «toutes les particules ayant la même identité chimique» n'est pas bonne, car cela rendrait tous les mélanges de composés ioniques. Même l'eau purifiée est strictement un mélange de $ \ ce {H_2O} $ mais aussi de $ \ ce {H_3O ^ +} $ et $ \ ce {OH ^ -} $ (même vous les décrivez, mécaniquement quantique, en termes de particules d'excitation ). Vous ne contournez pas la définition d'être _pas facilement physiquement séparable_, qui est en effet subjective - mais de nombreuses définitions en chimie le sont aussi.
C'est pourquoi ma définition n'utilise pas le mot «facilement». Les ions dans NaCl ne peuvent pas être physiquement séparés, facilement ou autrement.
L'eau n'est-elle pas une substance pure si elle contient des isotopes oxygène-18 sur hydrogène-2? L'acétone n'est-elle pas une substance pure si une partie de celle-ci s'équilibre sous sa forme énol?
#2
+7
Greek Fellows
2013-01-04 15:44:13 UTC
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Simplement, une substance pure est une substance qui est composée de molécules ou directement d'atomes d'un seul type. Le diamant est une substance pure car il est directement composé d'atomes de carbone. L'eau salée n'est pas parce qu'elle contient du chlorure de sodium et de l'eau.

Mais il n'y a presque pas de substance pure à 100% dans ce monde (des exceptions existent, car il ne peut y avoir qu'une ou deux molécules et vous pouvez appeler cela une substance), nous reconnaissons donc normalement les substances relativement pures comme des substances pures.

La définition d'une «substance pure» semble être assez subjective. J'ai trouvé quelques-uns de ces différents exemples maintenant. L'un est comme je l'ai noté dans Cengel et Boles. Van Wylen dans son manuel dit que l'air, par exemple, peut être traité comme une substance pure car il ne peut pas être séparé en ses constituants sous forme gazeuse. Sous forme liquéfiée, l'air n'est PAS une substance pure.
#3
+4
user1915639
2013-04-19 00:36:58 UTC
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Il est tout à fait possible qu'un matériau constitué entièrement d'un élément soit "impur" - par exemple, un mélange de nanotubes de carbone, de graphite et de boules de bucky pourrait difficilement être qualifié de "pur" bien qu'il soit composé uniquement de carbone. Pour certaines applications, même un mélange de différents types ou longueurs de nanotubes de carbone n'est pas assez "pur".

D'un autre côté, vous pouvez acheter du jus d'orange "pur" dans les magasins qui n'est ni tout à fait un élément ni entièrement une molécule. En fait, le jus d'orange «pur (à partir de concentré)» n'est même pas entièrement composé de choses qui ont été pressées dans une orange. Donc, la "pureté" dépend en fait de la façon dont vous la définissez.

Pour des raisons de thermodynamique, la "pureté" est une sorte d'ordre - si cet ordre est perdu en mélangeant deux substances pures ensemble, cela demande du travail pour les dissocier. Inversement, avec une machine soigneusement conçue, il est possible d'exploiter la "force" entropique en faveur du mélange pour générer un travail utile. ATPase, l'enzyme qui effectue la dernière étape de conversion de l'énergie alimentaire en ATP, la "monnaie" d'énergie interne utilisée par les processus chimiques dans les cellules, est l'exemple le plus répandu (bien que dans ce cas il ait été évolué plutôt que conçu). En résumé, il utilise l'énergie libérée en mélangeant de l'acide et de l'eau pour entraîner un rotor qui, lorsqu'il tourne, force l'ADP et le phosphate à former ensemble l'ATP. (L'acide est généré dans les étapes précédentes du processus.)

#4
+1
kaine
2013-01-03 20:57:48 UTC
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Dans le laboratoire, nous nous référons à une substance pure comme toute substance sans impuretés.

C'est-à-dire: l'eau pure est à 100% $ \ ce {H2O} $ sans rien d'autre; L'acétone pure est à 100% d'acétone.

Cependant, nous utilisons fréquemment le terme pour désigner des mélanges connus. On peut dire que nous avons de l'argile pure malgré l'argile contenant plusieurs composants CONNUS car il n'y a (pratiquement) aucune impureté qui n'a pas été identifiée ou qui perturberait nos expériences.

Je serais prudent en décrivant un mélange comme pur, cependant, à moins que vous ne sachiez que tout le monde est sur la même longueur d'onde. L'eau du robinet pure semble absurde, mais pas l'air pur, l'huile, le produit ou le caoutchouc.

#5
  0
user1528
2013-04-21 01:10:34 UTC
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Fondamentalement, une substance pure dans ce contexte signifie une substance toujours disponible. Comme dans l'expression de la loi des taux, si un solvant est toujours disponible, disons de l'eau. Ensuite, le taux ne dépendra pas de la concentration d'eau, car il est toujours disponible. D'où son activité peut être considérée comme 1. Certains manuels font référence à des substances pures en chimie physique dans ce sens.



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