Chimie · Sujet officiel n°1 · Session 2027
Prérequis : mélange homogène/hétérogène, corps pur et espèce chimique, solubilité et miscibilité, quantité de matière et concentration, changements d'état et température d'ébullition (cycle 4 → Seconde) ; potentiel chimique et condition d'équilibre \(\mu_i^{(1)} = \mu_i^{(2)}\), constante d'équilibre standard \(K^\circ\) et \(\Delta_r G^\circ = -RT\ln K^\circ\), pression de vapeur saturante, diagramme binaire isobare liquide-vapeur (PCSI). Matériel : ampoule à décanter, éprouvettes, solution aqueuse de diiode \(\approx 1{,}0\times10^{-3}~\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\), cyclohexane, spectrophotomètre ou échelle de teintes ; montage d'hydrodistillation (ballon, chauffe-ballon, réfrigérant droit, agitation magnétique), clous de girofle, chlorure de sodium ; plaque de silice pour CCM, cuve, éluant, colorants alimentaires, lampe UV. Pour la Partie 2 : colonne à distiller de type Vigreux, colonne de fractionnement, thermomètre en tête, réfractomètre d'Abbe (ou densimètre), acquisition informatisée (Python ou Regressi).
L'eau de mer, l'air, le pétrole brut, le sang, un parfum, un vin : à quelques exceptions près, la matière ne se présente jamais comme un corps pur, mais comme un mélange de plusieurs espèces chimiques. Or la chimie a besoin d'espèces isolées : pour les identifier, les doser, les purifier avant une synthèse, les utiliser comme principe actif. Séparer, c'est répartir les constituants d'un mélange dans des lots distincts, chacun enrichi en une espèce.
Le point essentiel de cette leçon — et le fil conducteur que les rapports de jury mettent en avant — est le suivant : chaque technique de séparation repose sur une grandeur physico-chimique qui distingue les espèces. La décantation exploite une différence de densité ; la filtration, une différence d'état ; l'extraction et la chromatographie, une différence de solubilité ou d'affinité ; la distillation, une différence de température d'ébullition. Choisir une technique, c'est identifier la propriété par laquelle les constituants diffèrent le plus.
Second message, transversal : toutes ces opérations sont des transformations physiques. Aucune liaison n'est rompue ni formée, aucune espèce n'est créée ni détruite : on redistribue des espèces préexistantes entre des phases. Cette idée, simple à énoncer, corrige une conception substantialiste très répandue chez les élèves (« la distillation détruit l'alcool », « le soluté change de nature en passant dans l'autre solvant »). Nous progresserons du geste de laboratoire du lycée jusqu'au modèle quantitatif de CPGE, en illustrant chaque partie par une expérience réalisée et exploitée.
Fixons d'abord le vocabulaire, car deux confusions y sont endémiques. Un mélange est hétérogène si l'on distingue à l'œil (éventuellement au microscope) plusieurs constituants (eau + sable, eau + huile) ; il est homogène si l'on n'en distingue qu'un seul (eau salée, air, vin). La technique de séparation la plus économique dépend d'abord de cette nature.
Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.
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