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Séparer les constituants d'un mélange homogène

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Objectif

Mettre en œuvre un protocole de séparation des constituants d’un mélange homogène. 

Niveau préconisé : 5e ou 4e

Points clés
  • Il existe deux sortes de mélanges : homogène ou hétérogène.
  • Un mélange est homogène si l'on ne peut pas distinguer les différents constituants du mélange.
  • Pour séparer les différents constituants d’un mélange homogène, on peut utiliser plusieurs techniques.
    • L’évaporation : sous l’effet de la chaleur, un liquide (généralement de l’eau) s’évapore. Les autres constituants du mélange initial restent sous forme solide.
    • La distillation : sous l’effet de la chaleur, une espèce parmi d’autres du mélange passe à l’état gazeux (à une température précise qui lui est propre) puis se liquéfie (sous l’action d’un tube réfrigérant). Cette espèce est alors récupérée à la sortie du tube.
1. Introduction
Un mélange homogène est un mélange dont on ne peut pas distinguer à l'œil nu les différents constituants.

On peut séparer les constituants d’un mélange hétérogène par décantation ou par filtration. Mais, dans le cas d’un mélange homogène, c’est impossible car les éléments sont dissous dans l’eau.

Pour séparer les différents constituants d’un mélange homogène, on utilise principalement deux techniques : l'évaporation et la distillation.

2. L'évaporation
La technique de l’évaporation permet de séparer un mélange homogène en faisant passer le liquide du mélange de l’état liquide à l’état gazeux (vaporisation).
Exemple : Séparer l’eau et le sel.
On peut séparer l’eau du sel de l'eau de mer. Comment cela ?

Expérience
  1. On place une quantité d’eau de mer dans une boite en plastique sans couvercle.
  2. On pose cette boite au soleil pendant quelques heures. On obtient des cristaux de sel !
Explication
Quand toute l’eau contenue dans la boite s’évapore sous l’effet de la chaleur, le sel qui est dissous dans l’eau redevient solide et se dépose au fond de la boite.
En effet, l’eau peut se transformer en vapeur d’eau mais pas le sel. On a donc séparé le sel de l’eau bien qu’il soit dissous dans l’eau.
Remarques On peut accélérer ce phénomène en chauffant l’eau.
  • Ce phénomène peut s’observer sur nos vêtements quand il fait chaud. En effet, parfois, des traces blanches apparaissent sur notre tee-shirt ou notre chemise après que l’on ait transpiré et que nos vêtements aient séchés. Ces traces sont du sel !
    La transpiration contient de l’eau et du sel (du sodium). Quand l’eau s’évapore sous l’effet de la chaleur et que nos vêtements sont alors secs, le sel qu’elle contient se dépose alors dessus.
3. La distillation

La principale technique de séparation des constituants d’un mélange homogène s’appelle la distillation.

La distillation est une technique qui permet de séparer un mélange homogène en faisant chauffer le mélange.
a. Principe de la distillation

Le principe de la distillation est le suivant :

  1. Un mélange est chauffé dans un ballon.
  2. La partie liquide :
    • se vaporise : elle passe de l'état liquide à l'état gazeux, à une température qui lui est propre,
    • puis elle se condense (elle se liquéfie) dans un tube réfrigérant avant de s'écouler dans le bécher : c’est le distillat.

 

Montage pour la distillation


Deux cas sont possibles :

  • Si on veut récupérer les solides dissous dans un liquide : on chauffe le liquide qui s’évapore mais pas les solides.
    À la fin de la distillation, on retrouve un dépôt au fond du ballon : c’est le résidu sec. C’est une technique peu employée car la « récolte » du résidu n’est pas toujours facile !
  • Si on veut séparer deux liquides qui constituent un mélange homogène : on chauffe à une température précise, ce qui provoque l’évaporation de l’un des deux liquides.
    En effet, chaque liquide possède une température d’ébullition (passage de l’état liquide à l’état gazeux) qui lui est propre.
b. Exemple : Distillation de l'eau minérale

Une eau minérale est une eau qui, lors de son passage dans le sol a dissous des sels minéraux.

Une eau minérale n'est pas un corps pur : il s'agit d'un mélange homogène, composé d'eau et de substances dissoutes : les sels minéraux.

On souhaite distiller de l’eau minérale afin de recueillir l’eau en la séparant des sels minéraux.

Expérience

L'eau est chauffée dans un ballon. Elle se vaporise, puis se condense dans un tube réfrigérant avant de s'écouler dans le bécher.

Observation

À la fin de la distillation, il s'est formé un dépôt au fond du ballon : le résidu sec, qui contient les sels minéraux.

L'eau a bien été séparée des sels minéraux : elle se trouve à l'état liquide dans le bécher.

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