Séparer les constituants d'un mélange hétérogène - Maxicours

Séparer les constituants d'un mélange hétérogène

Objectifs
  • Mettre en œuvre un protocole de séparation des constituants d’un mélange hétérogène. 
  • Connaitre les principes de décantation et de filtration.

Niveau préconisé : 5e

Points clés
  • Un mélange est hétérogène si on peut distinguer à l'œil nu au moins deux constituants :
    • un mélange (solide + eau) est hétérogène si les particules solides restent visibles ;
    • un mélange (liquide + eau) est hétérogène si le liquide reste au–dessus ou au–dessous de l'eau.
  • La décantation et la filtration sont des techniques de séparation des mélanges hétérogènes. Elles permettent de séparer les particules solides du liquide auquel elles sont mélangées.
    • La décantation s'obtient en laissant reposer le mélange. Elle est simple à réaliser, mais son temps de réalisation est long et ne permet pas systématiquement d'obtenir un liquide homogène.
    • La filtration repose sur l'utilisation d'un filtre. C'est une méthode rapide et efficace si le filtre choisi est adapté au mélange filtré, elle permet d'obtenir un liquide homogène.
Un mélange hétérogène est un mélange dont on peut distinguer à l'œil nu au moins deux constituants.

Il est possible de séparer les différents constituants d’un mélange hétérogène. Pour cela, on utilise principalement 2 techniques différentes :

  • La décantation
  • La filtration
1. La décantation
Cette méthode 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 au-dessus.
a. Matériel et mélange utilisé

Le seul matériel nécessaire est un récipient : on peut utiliser un bécher.

Le mélange utilisé est de l'eau boueuse constituée d'eau et de terre. Les particules de terre en suspension dans l'eau sont observables, le mélange est donc bien hétérogène.

b. Réalisation de la décantation

Elle 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.

Exemple : Séparer l’eau et la terre.
Imaginons que l’on veuille séparer l’eau de la terre formant de l’eau boueuse. On laisse reposer cette eau boueuse dans un récipient. Après un certain temps, la terre se dépose au fond du récipient tandis que l’eau plus claire reste en haut. Si cette eau boueuse contenait quelques brindilles, ces dernières, moins denses, flotteraient à la surface de l’eau.

Décantation d'eau boueuse
On peut alors récupérer l’eau plus claire pour la placer dans un autre récipient.
Exemple : Séparer l'eau et l'huile.
On peut réaliser la même chose avec de l’huile mélangée à de l’eau.

La décantation est souvent utilisée comme première étape pour nettoyer les eaux usées, c'est-à-dire l’eau des égouts. Cette eau commence par passer dans de grands bassins appelés « bassin de décantation » où l’on sépare l’eau de toutes les boues et déchets solides qu’elle contient.


Bassins de décantation dans une usine de traitement des eaux usées
c. Résultats de la décantation et interprétation

De la terre se dépose au fond du bécher : les particules les plus denses tombent sous l'effet de leur poids.

L'eau s'éclaircit, mais reste trouble : le liquide contient beaucoup moins de particules de terre, mais les moins denses restent en suspension.

d. Conclusion sur la décantation

Lors d'une décantation, les particules en suspension se déposent au fond du récipient. La séparation obtenue est parfois partielle, car il reste quelques particules en suspension.

Dans certains cas, par exemple lorsque l'eau est mélangée à du sable, la décantation permet d'obtenir un liquide limpide.

2. La filtration
La filtration permet de séparer un mélange hétérogène composé d’un liquide et d’un solide. Le mélange passe à travers un filtre qui retient les éléments solides ou grossiers. Les liquides comme l’eau peuvent passer.
a. Matériel et mélange utilisé

La filtration repose sur l'utilisation d'un filtre.

On utilise deux récipients, le premier (un bécher) contient le mélange à filtrer, le second (un erlenmeyer) permet de recueillir le liquide filtré. Le filtre est placé dans un entonnoir.

Le mélange utilisé ici est de l'eau boueuse.

b. Réalisation de la filtration

Le mélange à filtrer est versé progressivement dans le filtre.

Exemple 
On peut rapidement filtrer de l’eau boueuse grâce à cette technique.

Filtration d'eau boueuse
c. Résultats de la filtration et interprétation

Le filtre contient de la terre : il a retenu les particules de terre du mélange.

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

d. Conclusion sur la filtration

La filtration permet de retirer les particules solides en suspension dans l'eau et d'obtenir un liquide homogène.

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.

L'efficacité d'un filtre dépend de la taille de ses mailles.

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