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Les tests caractéristiques des espèces chimiques

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Introduction :

Les tests d’identification que nous allons vous présenter dans ce cours ont pour objectif de mettre en évidence une espèce chimique déterminée.
Cette espèce chimique peut être isolée ou être libérée au cours d’une transformation chimique.
Dans ce cours, nous nous intéresserons tout d’abord à l’identification de trois espèces gazeuses, puis à celle d’une espèce liquide et nous terminerons par la caractérisation d’espèces chimiques en solution.

Tests d’identification d’espèces gazeuses

Un gaz est une espèce chimique souvent inodore et incolore. Contrairement aux autres gaz qui sont, pour la plupart, difficilement identifiables, le méthane, également appelé « gaz de ville », est facilement identifiable car il contient des molécules odorantes qui permettent de le détecter.
Des tests permettent toutefois de détecter certains d’entre eux comme le dioxygène, le dihydrogène et le dioxyde de carbone.

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Rappel

Au cours d’une transformation chimique, les substances présentes à l’état initial, appelées « réactifs », s’associent et se transforment pour former de nouveaux composés appelés « produits ».

Ce sont les produits des réactions chimiques que nous allons chercher à identifier.

La détection du dioxygène

Le test de la flamme permet de mettre en évidence le dioxygène.

Le matériel utilisé est le suivant :

  • des lunettes de protection ;
  • un tube à essai contenant un gaz inconnu ;
  • une allumette ;
  • une bûchette (un petit bout de bois).

Étape 1 :
On enflamme la bûchette avec l’allumette.
Quand les flammes ont bien pris, on souffle pour les éteindre en gardant la bûchette incandescente.

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Définition

Incandescence :

État d’un corps en combustion sans présence de flammes.

Étape 2 :
On débouche le tube à essai et on met la bûchette incandescente à l’intérieur.

Étape 3 :
Si la bûchette se rallume, on peut en déduire que le gaz est du dioxygène.
Si la bûchette ne se rallume pas, il s’agit d’un autre gaz.

Le test de la flamme

La détection du dihydrogène

Le matériel utilisé est le suivant :

  • des lunettes de protection ;
  • une allumette.

Étape 1 :
On débouche le tube à essai et on approche l’allumette enflammée.

Étape 2 :
Si une détonation retentit, on peut affirmer qu’il y a présence de dihydrogène.
S’il n’y a pas de détonation, il s’agit d’un autre gaz.

Test caractéristique du dihydrogène

La détection du dioxyde de carbone

Le matériel utilisé est le suivant :

  • un tube à essai contenant le gaz inconnu ;
  • un tube à essai contenant un peu d’eau de chaux ;
  • des lunettes de protection.

Étape 1 :
On ouvre le tube à essai contenant le gaz inconnu. On y rajoute l’eau de chaux contenue dans l’autre tube.

Étape 2 :
On agite le tube contenant l’eau de chaux et le gaz inconnu. Si l’eau de chaux blanchit, alors le gaz identifié est le dioxyde de carbone.

Test caractéristique du dioxyde de carbone

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À retenir

Récapitulatif des tests d’identification des espèces gazeuses :

Nom du gaz à identifier Matériel Observations
Dioxygène, O2\text{O}2 Allumette incandescente La flamme de l’allumette se ravive
Dihydrogène, H2\text{H}2 Allumette avec flamme Détonation
Dioxyde de carbone, CO2\text{CO}_2 Test à l’eau de chaux L’eau de chaux blanchit

Test d’identification d’une espèce chimique à l’état liquide : l’eau

Le matériel utilisé est le suivant :

  • une coupelle bien sèche ;
  • une spatule ;
  • une pipette ;
  • de l’eau ;
  • du sulfate de cuivre anhydre ;
  • des gants ;
  • des lunettes de protection.
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Définition

Sulfate de cuivre anhydre :

Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche déshydratée qui ne contient pas d’eau (anhydre = sans eau).

Étape 1 :
Dans la coupelle, nous déposons à l’aide d’une spatule quelques grains de sulfate de cuivre anhydre et nous observons la couleur de cette poudre : elle est blanche.

Étape 2 :
Nous versons ensuite quelques gouttes d’eau sur le sulfate de cuivre anhydre et nous observons l’évolution de sa couleur. Si la poudre devient bleu turquoise, cela indique la présence d’eau. Si la poudre reste blanche, alors le test est négatif : le liquide versé ne contient pas d’eau.

Test caractéristique de l’eau

Tests d’identification d’espèces ioniques

Parfois, il est nécessaire d’identifier certaines espèces ioniques présentes dans les solutions aqueuses au moyen de tests caractéristiques. Ces tests sont effectués dans de nombreux domaines pour contrôler la qualité d’un produit comme pour les bilans sanguins, l’analyse des minéraux présents dans l’eau du robinet, le dosage de la concentration de calcium dans le lait, etc.
Ces tests sont appelés des tests de précipitation.

Un test par précipitation consiste à ajouter quelques gouttes d’un réactif spécifique dans la solution ionique. Si un précipité d’une couleur caractéristique se forme, cela signifie que l’ion recherché est présent dans la solution.

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Définition

Précipité :

Un précipité est un composé solide qui se forme lorsque l’on ajoute un réactif spécifique d’un ion déterminé dans une solution. Ce composé solide peut se présenter sous forme de petits cristaux ou sous forme d’une poudre fine.

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Définition

Ion :

Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il peut être chargé positivement ou négativement.

Identification de l’ion chlorure Cl\text{Cl}^-

Pour identifier des ions chlorure Cl\text{Cl}^-, on utilise du nitrate d’argent.

Le matériel utilisé est le suivant :

  • un tube à essai contenant une solution aqueuse ;
  • du nitrate d’argent ;
  • une pipette ;
  • des lunettes de protection ;
  • des gants.

Étape 1 :
On prélève du nitrate d’argent dans la pipette et on en verse quelques gouttes dans la solution aqueuse.

Étape 2 :
Si on constate la formation d’un précipité blanc, on peut confirmer la présence d’ions chlorure.

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Astuce

On peut remarquer que ce précipité blanc noircit peu à peu s’il est exposé à la lumière.

Identification des ions métalliques : cuivre(II), fer(II) et fer(III)

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Définition

Ions métalliques :

Les ions métalliques sont des ions formés à partir d’atomes classés dans la famille des métaux dans le tableau périodique des éléments.

Pour identifier les ions fer(II) Fe2+\text{Fe}^{2+}, fer(III) Fe3+\text{Fe}^{3+} et cuivre Cu2+\text{Cu}^{2+}, on utilise de l’hydroxyde de sodium, autrement dit de la soude.

On prélève de l’hydroxyde de sodium dans la pipette et on en verse quelques gouttes dans une solution contenant soit des ions Fe2+\text{Fe}^{2+} soit des ions Fe3+\text{Fe}^{3+} soit des ions Cu2+\text{Cu}^{2+}. La couleur du précipité qui se forme indique quels ions sont présents.

Observations :

  • un précipité vert révèle la présence d’ions Fe2+\text{Fe}^{2+} ;
  • un précipité marron révèle la présence d’ions Fe3+\text{Fe}^{3+} ;
  • un précipité bleu révèle la présence d’ions Cu2+\text{Cu}^{2+}.

Nom de l’ion à identifier Réactif utilisé Observations
Ion chlorure Cl\text{Cl}^- Nitrate d’argent, AgNO3\text{AgNO}_3 Précipité blanc
Ion fer(II), Fe2+\text{Fe}^{2+} Soude, NaOH\text{NaOH} Précipité vert
Ion fer(III), Fe3+\text{Fe}^{3+} Soude, NaOH\text{NaOH} Précipité marron
Ion cuivre Cu2+\text{Cu}^{2+} Soude, NaOH\text{NaOH} Précipité bleu

Tests d’identification d’espèces ioniques

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Attention

Les produits chimiques doivent être manipulés avec précaution et sous la surveillance d’un adulte. De plus, il convient de les recycler car ils sont nocifs pour l’environnement.

Conclusion :

Ce cours a exposé des techniques expérimentales permettant de mettre en évidence des espèces chimiques gazeuses, liquides ou ioniques.

Chaque test d’identification nécessite au préalable de connaître le réactif capable de révéler l’espèce chimique que l’on recherche. Pour un même réactif on peut avoir des manifestations différentes selon les ions présents dans la solution testée. C’est le cas par exemple des ions Fer(II) et Fer(III) qui peuvent être distingués grâce à la couleur du précipité qui se crée au contact de la soude.
Il en est de même pour certains gaz, qui réagissent différemment à l’approche d’une allumette incandescente ou enflammée. Il existe de nombreux autres tests permettant d’identifier d’autres espèces chimiques. Cependant, beaucoup ne peuvent être réalisés sans un matériel technologiquement avancé.