Séparer les constituants d'un mélange homogène- Seconde- Physique Chimie - Maxicours

Séparer les constituants d'un mélange homogène

Objectifs
  • Connaitre des techniques de séparation des constituants d’un mélange homogène.
  • Connaitre et savoir utiliser la verrerie adéquate.
Points clés
  • Les deux principales techniques de séparation des constituants d’un mélange homogène sont l’évaporation et la distillation.
  • L’évaporation consiste à faire s’évaporer un liquide (généralement de l’eau) sous l’effet de la chaleur. Les autres constituants du mélange initial restent sous forme solide.
  • La distillation consiste à faire passer une espèce parmi d’autres du mélange à l’état gazeux sous l’effet de la chaleur, puis à la faire se liquéfier (sous l’action d’un tube réfrigérant). Cette espèce est alors récupérée à la sortie du tube.
Pour bien comprendre
  • Mélanges homogènes et mélanges hétérogènes
  • Le matériel du chimiste – Verrerie

Pour rappel, 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. C'est toutefois impossible dans le cas d’un mélange homogène 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.

1. L'évaporation
a. Définition
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).
b. Exemple – Évaporation de l'eau de mer

On s’intéresse à de l’eau de mer, qui est salée. On ne peut pas distinguer à l’œil nu les cristaux de sel, il s’agit donc bien d’un mélange homogène.

On souhaite séparer le sel de l’eau de mer.

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.

L’eau peut en effet 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 le phénomène d'évaporation en chauffant l’eau.
  • Ce phénomène peut s’observer sur nos vêtements quand il fait chaud. Des traces blanches apparaissent en effet 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.
2. La distillation

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

a. Définition et principe
La distillation est une technique qui permet de séparer un mélange homogène en faisant chauffer le mélange.

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
Remarque 
On utilise cette technique pour fabriquer l’eau distillée qu’on utilise en laboratoire. On distille pour cela de l’eau du robinet.
b. Récupération d'un solide ou d'un liquide ?

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.
c. Exemple – Distillation de l'eau minérale

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