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Séparer les constituants d'un mélange

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Objectifs

Décrire les états de la matière à l’échelle macroscopique.
Connaitre quelques propriétés de la matière solide ou liquide.
Comprendre que réaliser des mélanges peut provoquer des transformations de matière (dissolution).
Mettre en œuvre un protocole de séparation des constituants d’un mélange.

Points clés

Pour séparer les différents constituants d’un mélange, on peut utiliser plusieurs techniques.
Pour des mélanges hétérogènes :
- La décantation : on laisse reposer le mélange, parfois pendant un temps très long.
- La filtration : on utilise un filtre qui retient les matières solides.
Pour des mélanges homogènes :
- L’évaporation : sous l’effet de la chaleur, l’eau s’évapore et les autres constituants restent.

1. Introduction

Il est très facile de mélanger différentes matières ensemble, en particulier de mélanger des matières avec l’eau.

D’ailleurs, la matière liquide qui nous entoure est souvent le résultat d’un mélange de plusieurs matières : la boue est un mélange de terre et d’eau, l’eau des océans est un mélange de sel et d’eau, une bouteille d’eau minérale contient de l’eau et des sels minéraux, etc.

Inversement, il est possible de séparer les différents constituants d’un mélange.
Pour cela, on utilise principalement 3 techniques différentes :

La décantation
La filtration
L’évaporation

2. La décantation

La décantation 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 l’eau.

La décantation est souvent utilisée pour commencer à 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

3. La filtration

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

On passe pour cela le mélange à travers un filtre qui retient les éléments solides mais qui laisse passer les éléments liquides comme l’eau. On peut facilement réaliser ce genre de séparation en utilisant un filtre à café par exemple et en y faisant couler de l’eau mélangée avec des éléments solides, par exemple du sable.

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

Filtration d'eau boueuse

4. L'évaporation

Dans le cas d’un mélange homogène, les éléments sont dissous dans l’eau, on ne peut donc pas les séparer par décantation ou filtration. Toutefois, la technique de l’évaporation permet d’obtenir cette séparation.

Exemple : séparer l’eau et le sel.
On peut, à partir d’eau de mer, séparer l’eau du sel.
Plaçons une quantité d’eau de mer dans une boite en plastique sans couvercle. Posons cette boite au soleil pendant quelques heures.
Qu’obtient-on ? Des cristaux de sel !

Que s’est-il passé ? Quand toute l’eau contenue dans la boite s’est évaporée sous l’effet de la chaleur, le sel qui était dissous dans l’eau est redevenu solide et s’est déposé 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 alors qu’il était dissous dans l’eau. On peut accélérer ce phénomène en chauffant l’eau dans une casserole.

Ce phénomène peut s’observer sur nos vêtements quand il fait chaud. En effet, des traces blanches peuvent apparaitre sur notre tee-shirt ou notre chemise après que l’on a transpiré et que nos vêtements ont 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.

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