Les mélanges
Introduction :
Jusqu’à présent, nous avons essentiellement considéré des corps purs comme le fer ou l’eau distillée. Toutefois, sur Terre, la plupart des liquides, des solides ou des gaz ne sont pas des corps purs mais des mélanges. L’air, par exemple, est un mélange de plusieurs gaz, et l’eau de mer est un mélange d’eau et de sel.
Dans ce cours, nous allons définir les différents types de mélanges et voir comment les séparer. Nous aborderons aussi, avec des expériences simples, les transformations chimiques.
Qu’est-ce qu’un mélange ?
Qu’est-ce qu’un mélange ?
Mélanges homogènes et hétérogènes
Mélanges homogènes et hétérogènes
Définition
Mélange :
Un mélange est un liquide, un solide ou un gaz qui est composé de plusieurs constituants.
- L’eau salée est un mélange de sel et d’eau.
L’air est un mélange de dioxygène, de diazote et d’autres gaz.
L’acier est un mélange de fer et de carbone.
Des tubes d’acier
Définition
Mélange homogène :
Un mélange est dit homogène si l’on ne peut pas distinguer ses différents constituants.
Exemple
- Le lait, l’eau sucrée, l’eau salée et l’eau avec du sirop sont des mélanges homogènes.
- Dans l’eau gazeuse enfermée dans une bouteille, le dioxyde de carbone (gaz) est dissous dans l’eau, formant un mélange homogène.
- L’eau minérale est un mélange homogène contenant entre autres des sels minéraux comme le magnésium ou le calcium.
- L’eau de Javel commerciale est un mélange homogène de Javel et d’eau.
Deux corps sont dits miscibles s’ils peuvent se mélanger pour former un corps homogène. Quand deux corps ne sont pas miscibles, ils forment un mélange hétérogène.
Définition
Mélange hétérogène :
Un mélange est dit hétérogène si l’on peut distinguer au moins deux de ses constituants.
Exemple
On obtient un mélange hétérogène avec :
- de l’eau et de l’huile ;
- de l’huile et du vinaigre ;
- de la terre et de l’eau ;
- du jus de fruit et de la pulpe.
La solubilité
La solubilité
Définition
Solubilité :
Propriété d’un solide à se dissoudre dans un liquide.
Exemple
Le sucre, le sel et le cacao sont solubles dans l’eau ou le lait.
Lorsqu’on verse une petite quantité de sel dans un verre d’eau, le sel se dissout après quelques instants. Mais peut-on verser n’importe quelle quantité dans l’eau ? Non, il existe une limite à la quantité de sel que l’on peut dissoudre.
Expérience :
On remplit un becher de $100\ \text{ml}$ d’eau, puis on ajoute $10\ \text{g}$ de sel que l’on a préalablement pesé à l’aide d’une balance. On agite le tout jusqu’à la dissolution totale du sel. On répète l’opération jusqu’à $40\ \text{g}$ de sel. On observe alors que quelques cristaux de sel restent au fond du becher malgré l’agitation, le sel ne se dissout plus.
- On dit alors que la solution est saturée en sel.
Séparer des mélanges
Séparer des mélanges
Pour séparer les constituants d’un mélange, il est possible d’utiliser différents procédés.
Séparer des mélanges hétérogènes
Séparer des mélanges hétérogènes
Il existe deux principales techniques de séparation d’un mélange hétérogène constitué de liquides et de solides : la filtration et la décantation.
Définition
Filtration :
La filtration consiste à utiliser un filtre constitué de mailles laissant passer le liquide mais qui retiennent les particules solides.
En changeant la dimension du filtre, on peut modifier la solution obtenue. En effet, le filtre laissera passer plus ou moins d’éléments selon sa taille.
Expérience :
Le jus d’orange pressé manuellement est un mélange de pulpe de jus d’orange. Afin d’éliminer la pulpe, on va réaliser une filtration à l’aide d’un entonnoir, d’un filtre et de deux bechers.
Définition
Décantation :
La décantation consiste à laisser reposer un mélange hétérogène jusqu’à la séparation naturelle d’un des constituants.
Pour réaliser une décantation, il faut que l’un des deux éléments soit un liquide. L’élément qui a la densité la plus grande se retrouve en dessous de l’élément qui a la densité la plus petite.
Expérience :
On laisse reposer de l’eau boueuse contenue dans un verre. Petit à petit, les particules solides (la terre) tombent au fond du récipient du fait de leur densité supérieure à celle de l’eau. Ces particules forment de la boue. L’eau restée en surface s’éclaircit, mais reste trouble.
Séparer des mélanges homogènes
Séparer des mélanges homogènes
Pour séparer des mélanges homogènes, on utilise la vaporisation.
Définition
Vaporisation :
La vaporisation est un changement d’état. On utilise ce changement d’état pour séparer les constituants d’un mélange homogène en vaporisant un élément.
Expérience :
On place un becher sur une résistance chauffante et on porte l’eau à ébullition afin qu’elle passe de l’état liquide à l’état de vapeur. Après quelques dizaines de minutes, seul le sel reste au fond du becher : on a séparé les constituants de l’eau salée par vaporisation de l’eau.
Les transformations chimiques
Les transformations chimiques
Définition et exemple
Définition et exemple
En réalisant certains mélanges, des transformations chimiques peuvent se produire.
Définition
Transformation chimique :
On réalise une transformation chimique lorsqu’on effectue un mélange de substances chimiques et que de nouvelles substances chimiques sont produites.
Exemple
- Le cuivre est un métal très fréquemment utilisé pour réaliser les canalisations d’eau courante. Au contact de l’air, une transformation chimique se produit entre le dioxygène et le cuivre pour former un dépôt vert que l’on appelle vert-de-gris.
Attention, ce vert-de-gris est toxique, il est donc fortement conseillé de ne pas le manipuler avec les doigts.
Dépôt de vert-de-gris sur une sculpture en cuivre, Chine
- Le fer rouille au contact de l’air et de l’eau. On peut l’observer par la formation d’un dépôt de couleur brun-orangé qui est le résultat de la transformation chimique du fer avec le dioxygène de l’air et l’eau.
Boîte de conserve rouillée
Les dangers des transformations chimiques
Les dangers des transformations chimiques
Si certaines transformations chimiques sont sans danger, d’autres au contraire peuvent former des produits très dangereux.
Attention
Il ne faut donc jamais mélanger plusieurs produits ménagers.
Certains mélanges de produits, comme les produits domestiques, peuvent conduire à la formation de produits dangereux pour notre santé. Il est alors indispensable de lire l’étiquette avant l’utilisation du produit afin de prévenir tout danger.
Par exemple, ci-dessous on peut observer l’étiquette d’une bouteille d’eau de Javel commerciale. Il est précisé qu’il ne faut utiliser jamais l’eau de Javel en combinaison avec d’autre produits, des gaz dangereux peuvent se libérer.
Conclusion :
La matière peut être solide, liquide ou gazeuse et il est possible de réaliser des mélanges avec des échantillons, quel que soit leur état. Ainsi on peut obtenir des mélanges homogènes ou hétérogènes mais aussi obtenir de nouvelles substances chimiques si une transformation chimique a eu lieu.