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Séparer les constituants d'un mélange hétérogène

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Objectifs
  • Connaitre des techniques de séparation des constituants d’un mélange hétérogène.
  • Connaitre et savoir utiliser une ampoule à décanter.
Points clés
  • Les deux principales techniques de séparation des constituants d’un mélange hétérogène sont la décantation et la filtration.
  • La décantation concerne les mélanges liquide/liquide et liquide/solide : il s’agit de laisser reposer le mélange afin de permettre aux différentes matières de se séparer.
  • La filtration concerne les mélanges solide/liquide : il s’agit de faire passer le mélange à travers un filtre qui va retenir les éléments solides ou grossiers.
Pour bien comprendre
  • Mélanges homogènes et mélanges hétérogènes
  • Le matériel du chimiste – Verrerie

Pour rappel, un mélange hétérogène est un mélange dont on peut distinguer à l'œil nu au moins deux constituants.

Un mélange hétérogène peut être constitué d'eau et de particules solides, ou il peut s’agir de deux liquides.

Il existe de nombreuses techniques qui permettent de séparer les constituants d’un mélange hétérogène mais les plus simples sont la décantation et la filtration.

1. La décantation

La décantation est une méthode qui consiste à laisser reposer un mélange hétérogène, afin de permettre aux différentes matières de se séparer. Les matières les plus lourdes se déposent au fond et les plus légères restent au-dessus.

Le matériel diffère toutefois selon qu’il s’agit de séparer un mélange solide/liquide ou un mélange liquide/liquide.

a. Séparer un mélange solide/liquide

Le seul matériel nécessaire pour séparer un mélange solide/liquide est un récipient : on peut utiliser un bécher.

Exemple
On s’intéresse à un mélange d’eau boueuse, laquelle est constituée d'eau et de terre. Les particules de terre en suspension dans l'eau sont observables, le mélange est donc bien hétérogène.
On souhaite séparer l’eau de la terre qui forme de l’eau boueuse.
On laisse décanter cette eau boueuse dans un récipient.
La terre se dépose au fond du récipient après un certain temps, tandis que l’eau plus claire reste en haut.
Si cette eau boueuse contenait quelques brindilles, ces dernières flotteraient à la surface de l’eau car elles sont moins denses.

Décantation d'un mélange d’eau boueuse
On peut alors récupérer l’eau plus claire pour la placer dans un autre récipient.
b. Séparer un mélange liquide/liquide

Pour séparer deux liquides non miscibles, on utilise un récipient spécifique appelé ampoule à décanter.


Ampoule à décanter
Rappel : deux liquides sont non miscibles s'ils forment un mélange hétérogène. Lorsqu’on mélange deux liquides non miscibles et qu’on agite l’ensemble, on obtient une émulsion.
Exemple
L’eau et l’huile ne sont pas miscibles. En agitant un mélange eau/huile, on observe des gouttelettes d’huile en suspension dans l’eau : c’est une émulsion.

Obtention d’une émulsion
Méthode d’utilisation de l’ampoule à décanter
  1. Vérifier que le robinet de l'ampoule est fermé.
  2. Verser le mélange dans l'ampoule à décanter.
  3. Laisser reposer le mélange (décantation) jusqu'à ce que l'un des liquides surnage entièrement. On dit qu’il se forme deux phases.
    La phase inférieure est constituée du composé qui a la plus grande masse volumique. C’est le « plus lourd ».
    La phase supérieure est constituée du composé qui a la plus petite masse volumique.
  4. Placer un récipient sous le robinet de l'ampoule à décanter afin de récupérer le liquide de la phase inférieure.
  5. Lorsque la surface de séparation des phases est proche du robinet, ralentir le débit de ce dernier (goutte à goutte) jusqu'à l'écoulement total du premier liquide.
  6. Placer un autre récipient pour récupérer le liquide de la phase supérieure.

Protocole de séparation de constituants d’un mélange hétérogène liquide/liquide
2. La filtration

La filtration permet de séparer un mélange hétérogène composé d’un liquide et d’un solide.

On fait passer progressivement le mélange à travers un filtre, qui retient les éléments solides ou grossiers. Les liquides comme l’eau peuvent passer.

Exemple
On souhaite séparer l’eau de la terre qui forme de l’eau boueuse. On fait passer l’eau boueuse à travers un filtre. Le filtre retient les particules solides du mélange et laisse passer l’eau.

Filtration d'eau boueuse

Le liquide obtenu par filtration, appelé filtrat, est limpide : il s'agit d'un liquide homogène puisqu'il ne contient plus de particules solides.

La filtration est souvent utilisée en complément d'une décantation, qui permet d'éliminer de nombreuses particules et évite au filtre de se boucher pendant la filtration.

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