Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Chapitre 2 : Mélanges de matières
0/ Avant de commencer, quelques définitions !
Exemples :
Exemple Eau Eau
pétillante Lait Jus d’orange Eau boueuse Vin Homogène
hétérogène ? ou Homogène Hétérogène Homogène Hétérogène Hétérogène Homogène
Attention : Tout mélange homogène en apparence est en fait hétérogène quand on l’observe au microscope :
Mélange aqueux :
Mélange à base d’eau
Mélange aqueux HOMOGENE
Mélange à base d’ eau où on ne distingue qu’
UN constituant à l’œil nu.
Mélange aqueux HETEROGENE
Mélange à base d’eau où on distingue au moins DEUX constituants à l’œil nu.
2 types
Exemples
vin
sang
eau minérale
vinaigre
Lorsqu’on met un solide soluble dans l’eau, on parle de dissolution du solide dans l’eau.
Certains solides sont insolubles (graviers, terre, sable, nouilles).
2 liquides qui peuvent se mélanger sont miscibles et ils forment un mélange homogène.
Sinon, ilssont non-miscibles et forment un mélange hétérogène.
Exemple cola et eau cyclohexane et
eau Lait et eau White spirit et
huile White spirit et eau Miscibles ou non-
miscibles ?? Miscibles Non-miscibles Miscibles Miscibles Non-miscibles
dessin
Nombre de phases
1 2 1 1 2
Mélange homogène
ou hétérogène homogène hétérogène homogène homogène hétérogène
On ne peut pas dissoudre une quantité infinie de sel dans l’eau. Il existe une limite à la dissolution caractéristique du soluté et du solvant. Cette limite est la saturation.
La solution est dite saturée. Au-delà, si on ajoute du sel, du sucre du sulfate de cuivre, il ne se dissout plus et se dépose au fond du récipient. Pour les gaz, ils vont dans l’air.
Un corps pur est constitué d’une sorte de constituants . Par exemple : acétone, eau pure
≠
Un mélange est constitué de plusieurs sortes de constituants. Par exemple : eau salée, cola
Attribue à chaque schéma ci-dessous une proposition :
Corps pur ; mélange homogène ; mélange hétérogène ; corps pur
Soluté Solubilité dans l’eau à 20°C Sulfate de cuivre 220 g
Sel 360 g
Sucre 2000 g
Dioxygène 31 mL
Dioxyde de carbone 880 mL
C’est une substance solide ou gazeuse dissoute
(Ex : sucre, sel, dioxygène, sirop…)
C’est le liquide dans lequel on dissout le soluté.
(Ex : eau, alcool, acétone…)
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
1/ Caractériser un mélange de constituants.
A/ TP : La potion magique de panoramix
Complète le tableau récapitulatif ci-dessous
Qu’y a-t-il dans le tube ? Eau + sucre Eau + café Eau + huile Eau + sirop de grenadine Eau+ sable
Schémas (avant l’agitation)
Schémas (après l’agitation)
Mélange homogène ou hétérogène ? Homogène Homogène Hétérogène Homogène hétérogène 1/ Quel est le solvant utilisé dans l’expérience ? C’est l’eau
2/ L’huile est-elle miscible avec l’eau ? Non
3/ Le sucre est-il soluble dans l’eau ? Oui, il se dissout entièrement.
3/ Quels sont les mélanges qui forment des solutions ? Indique pour chacun d’eux le soluté . Eau + café, Eau + sucre et Eau + grenadine
Quand je fais ma potion magique, j’ai besoin de sucre, de café soluble, de sirop de grenadine, d’huile et
d’une pincée de sable que je mets dans l’eau.
Pour que les supers pouvoirs apparaissent, il faut que tous les ingrédients soient dissous entièrement ou
miscibles après agitation.
Quels ingrédients appartiennent pas à la recette ?
Je te donne 5 tubes à essais et les ingrédients. Remplir les tubes à ¾ d’eau et agiter
Quelle banane ! Il manque du sel dans ma potion.
Combien de grammes de sel je peux dissoudre au maximum dans 1 L de ma
potion aqueuse ?
Propose une démarche scientifique (hypothèse, expérience, observation, conclusion) pour m’aider…
Reformulation de la question : Quelle masse de sel peut-on dissoudre dans 1 L d’eau ? Hypothèse : Je pense que je peux en dissoudre 20 g au maximum
Expérience :
Matériel : 1 bécher contenant 100 mL d’eau (prélevé avec une éprouvette graduée)+ une cuillère + une balance + sel.
Prendre un gobelet et mettre 50 g de sel dedans.
Verser progressivement du sel dans le bécher contenant jusqu’à ce qu’il ne se dissolve plus.
Résultats : la masse de sel restante dans le gobelet est de 14 g
En conséquence, dans 100 mL d’eau, j’ai réussi à dissoudre 50 g – 14 g = 36 g Conclusion: Dans 1 L d’eau, Panoramix peut dissoudre 10 x 36 g = 360 g
En plus :
1/ Le sel a-t-il disparu lors de la dissolution ? Sinon, comment prouver qu’il est toujours dans l’eau ? Expérience :
Conclusion : La masse se conserve lors d’une dissolution car tous les constituants se conservent.
2/ Comment récupérer le sel dissous dans l’eau ?
On peut récupérer le sel par évaporation ou vaporisation (voir la suite)
B/ Bilan :
Certaines substances appelées solutés sont miscibles (sirop de grenadine, alcool…) ou solubles (sucre, sel dans l’eau (solvant). Solutés et solvant forment une solution, qui est aussi un mélange homogène.
On peut différencier les solutés (Ex : sel et sucre) en regardant la quantité maximale que l’on peut dissoudre dans l’eau : C’est la saturation.
Il est possible de différencier des substances au microscope, en regardant la taille la couleur des cristaux
Agitation Agitation
On rajoute de la poudre tant qu’elle se dissout
Saturation
260.00 g 260.00 g
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
2/ Comment séparer les constituants d’un mélange ?
A/ Tintin en Amazonie
Zorrino, Tintin, le Capitaine Haddock et Milou traversent la forêt amazonienne depuis plusieurs Jours…
1/ Ce que je vais faire…
Je vais laisser décanter l’eau puis la filtrer.
Le matériel que je vais utiliser est : 2 béchers, papier filtre, entonnoir, support.
2/ Je réalise mon expérience…
proprement et dans le calme.3/ Ce que j’observe…
Les résultats de mon expérience sont :
Après décantation, le mélange est plus limpide et les particules les plus lourdes sont tombées au fond.
Après la filtration, l’eau est limpide.
Je réalise un schéma légendé et PROPRE de l’expérience que j’ai faite et j’indique le résultat:
4/ Ce que je conclus : Rédige un « petit mot » à Tintin pour lui indiquer comment faire pour obtenir de l’eau limpide ?
Tintin, il faut que tu laisses reposer l’eau quelques minutes (décantation) puis que tu la filtres avec un papier filtre. Tu peux aussi préparer un feu et faire chauffer l’eau au-dessus de 65°C pour détruire les microbes et les bactéries « méchantes » (dites pathogènes). Bon courage.
Bear Grylls et les cobayes te le disent sur physikos
.(vidéos)
Ce que je retiens : Pour séparer les constituants d’un mélange hétérogène comme l’eau boueuse, on peut faire :
Une DECANTATION : On laisse REPOSER et les particules les plus lourdes tombent AU FOND.
Une FILTRATION: On fait passer le liquide à travers un PAPIER FILTRE situé dans un ENTONNOIR afin de retirer les particules plus fines.
Questions : 1/ L’eau limpide récupérée dans ton bécher est-elle potable ? Non, elle est pleine de microbes et de bactéries.
2/ Sinon, comment pourrait-on la rendre potable ?
On peut la chauffer pour détruire les bactéries et les microbes. Ou l’éclairer avec des UV.
Si tu as terminé :
1/ Comment faire pour séparer du sel et du poivre ? Expérience…
On peut verser de l’eau dans un bécher contenant le sel et le poivre : le sel va se dissoudre dans l’eau et le poivre va flotter.
Par filtration, on récupère le poivre dans le papier filtre et l’eau salée dans le bécher.
Par évaporation ou vaporisation, on récupère le sel.
2/ Comment faire pour séparer deux liquides non miscibles, comme l’eau et l’huile ?
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie 3/ Comment faire pour séparer le cuivre et le fer dans un bécher ?
On utilise un aimant.
Application : tri magnétique des déchets
7/ Quel est le phénomène principal qui permet au paludier de séparer le sel de l’eau dans les marais salants ? L’eau s’évapore grâce à l’énergie du soleil et on atteint progressivement la saturation.
Technique SANS matériel de chimie Technique AVEC matériel de chimie
B/ Vaporisation
Question : L’eau de la rivière, filtrée, contient-elle des sels minéraux ? Une eau minérale est est-elle un corps pur ou un mélange ?
Pour savoir si elle est pure, on peut la chauffer pour la vaporiser .
L’eau minérale et l’eau de la rivière sont mélanges homogènes d’eau et de sels minéraux. Ce ne sont pas des corps purs. Seul l’eau déminéralisée est un corps pur.
D’une manière générale, une eau d’apparence homogène peut contenir des substances dissoutes autres que l’eau (bactéries, microbes, pesticides, engrais, fongicides, etc…) et il faut donc faire attention avant de la consommer.
CHAUFFAGE
Vaporisation
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie C/ Evaporation
On récupère le sel par évaporation de l’eau dans les marais salants.
Si on laisse de l’eau minérale dans un verre pendant une semaine, l’eau s’évapore. A la fin de la semaine, il ne reste plus que des sels minéraux au fond du verre.
Une flaque d’eau s’évapore quand il fait beau temps. Au sol, des sels minéraux se déposent.
L’eau du linge fraichement lavé s’évapore lorsqu’on l’étend sur un sèche-linge par jour de beau temps. Dans le linge, des sels minéraux sont présents.
Justement on peut utiliser cette technique pour fabriquer de l’eau douce potable à partir d’une eau salée par exemple. On fabrique alors un distillateur solaire.
Mais, en aucun cas, dans cette technique lente, l’eau ne se met à bouillir.
C/ Distillation
ETAPE 1 : Le vin rouge est mis dans un ballon puis chauffé à ébullition avec un chauffe-ballon.
ETAPE 2 : Le vin se met à bouillir (Le changement d’état s’appelle la vaporisation) puis des vapeurs montent dans la colonne à distiller.
ETAPE 3 :
Des vapeurs de vin passent dans le réfrigérant où elles sont refroidies
et deviennent liquides (Le changement d’état s’appelle la liquéfaction) ; le liquide obtenu coule alors dans l’ erlenmeyer
Résultat :
Le liquide obtenu est le distillat:
Ici, c’est de l’alcool pur (corps
pur).Dans le ballon, il reste le résidu.
Remarque n°1 : L’appareil ancestral utilisé pour distiller le vin et obtenir des digestifs comme l’armagnac, le cognac s’appelle un alambic
Remarque n°2 : En Provence, on distille aussi de la lavande afin de produire de l’huile essentielle de lavande. Le nom de cette technique est l’hydrodistillation (distillation à l’eau).
Remarque n°1 : Si on distille du vin, le distillat obtenu est composé d’un gros pourcentage d’alcool.
L’appareil ancestral utilisé pour distiller le vin et obtenir des digestifs comme l’armagnac, le cognac s’appelle
un alambic.
Remarque n°2 : En Provence, on distille aussi de la lavande et du lavandin afin de produire de l’huile essentielle de lavande. Le nom de cette technique est l’hydrodistillation (distillation à l’eau). On peut effectuer
l’hydrodistillation de nombreux végétaux (jasmin, menthe, écorce d’orange etc…) afin de produire des huiles essentielles bienfaitrices pour le corps.
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie D/ La chromatographie
La chromatographie est une technique de séparation des constituants d’un mélange basée sur la différence de solubilité dans un solvant. Pour faire simple :
Si un constituant du mélange « aime » le liquide chromatographique appelé « éluant », il va
migrer rapidement sur la feuille de papier chromatographique.
Si un constituant du mélange « déteste » le liquide chromatographique, il va migrer lentement sur
la feuille de papier chromatographique.
Cette différence d’affinité permet d’identifier et de séparer les constituants d’un mélange homogène.
Il y a autant de tâches que de constituants dans le mélange. (1 tache = corps pur)
La chromatographie est une technique de séparation des mélanges (homogènes / hétérogènes).
Elle est basée sur l’affinité des constituants du mélange avec l’éluant
(liquide qui monte dans le papier)Si on ne voit apparaître qu’une tache, la substance est un (corps pur / mélange).
Si on voit apparaître plusieurs tâches, la substance est un (corps pur / mélange).
E/ Bilan sur la séparation des constituants d’un mélange.
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
CHAUFFAGE
Vaporisation
Vaporisation
On chauffe l’eau minérale. Des sels minéraux apparaissent
Evaporation
L’eau minérale s’évapore grâce à la chaleur apportée
par le soleil. Des sels minéraux apparaissent
Distillation
Le mélange (vin) est chauffé dans un ballon. Il est séparé dans la colonne à distiller et on obtient en sortie le distillat (alcool)
Chromatographie
Un colorant est déposé sur une feuille de papier filtre trempant dans un éluant. Les constituants du mélange (couleurs) sont emportées plus ou
moins vite par l’éluant, par capillarité.
1ère technique : DECANTATION
On laisse REPOSER pour que les particules les plus LOURDES
tombent au fond
2ème technique :
FILTRATION
On fait passer le mélange à travers un
PAPIER FILTRE situé dans un
ENTONNOIR afin que les particules plus FINES soient stoppées. Le liquide recueilli est
LIMPIDE : c’est le FILTRAT
3ème technique :
CENTRIFUGATION
C’est une
DECANTATION
accélérée. On fait tourner un mélange à grande vitesse pour que les particules les
plus lourdes soient
« plaquées » au fond par la force CENTRIFUGE
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
3/ Comment identifier les constituants d’un mélange ?
A/ Activité : Des mélanges dans la vie courante
Questions :
1/ Complète le tableau suivant :
Acier Laiton Air Eau minérale Eau
déminéralisée Mélange ou
corps pur ?
Mélange Mélange Mélange Mélange Corps pur
2/ Donne la composition du bronze et dis s’il s’agit d’un alliage ou d’un métal Le bronze est un alliage constitué de 60% de cuivre et de 40% d’étain.
3/ Quelle est la composition de l’air qui nous entoure ?
78 % de diazote, 21 % de dioxygène et 1 % d’autres gaz (comme le dioxyde de carbone)
Alliages Aciers Laiton Alliages légers Bronze
domaine
Composition Fer (80 à 90%) Carbone Chrome Nickel
Cuivre Zinc (jusqu’à 50%)
Aluminium (84 à 90%)
Cuivre (60 %) Etain (40 %)
Propriétés
Résistance mécanique.
Grande résistance à la corrosion (inox)
Facile à mouler et à usiner.
Dur
Léger résistant à la corrosion.
Résistance à la corrosion et à l’usure Document 1 : les
alliages dans notre quotidien
Un alliage est un mélange de plusieurs métaux ou substances.
En jouant sur le type et les proportions des métaux constituant un alliage, on améliore les propriétés physiques et chimiques de ce dernier.
inox
Document 2 : Eau minérale et distillée
L’eau minérale contient des sels minéraux dissous, essentiels à notre santé.
L’eau déminéralisée ne contient pas de sels minéraux et sert pour le repassage, par exemple.
Document 3 : Composition de l’atmosphère terrestre (air)
L’air est un mélange de gaz
78 % de diazote, 21 % de dioxygène et 1 % d’autres gaz (comme le dioxyde de carbone)
4/ En représentant le diazote avec des points bleus
et le dioxygène avec des triangles rouges
remplis le ballon d’air dans les bonnes proportions.
On représentera 10 molécules en tout pour simplifier.
5/ Complète l’étiquette d’une eau déminéralisée : Composition Quantité (en mg/L)
Calcium 0
Magnésium 0
Sodium 0
potassium 0
bicarbonates 0
Sulfates 0
Chlorures 0
nitrates 0
6/ Pourquoi lorsque l’on fait du vélo, des « traces » blanches apparaissent sur le sac à dos ou la casquette d’un cycliste ? Pourquoi est-il
recommandé de boire des boissons riches en sels minéraux avant, pendant et après l’effort ?
Il y a des pertes de sels minéraux lorsque
l’on transpire. Il faut compenser les pertes en buvant une boisson isotonique ou de l’eau minérale qui contient des sels minéraux.
7/ Jacques utilise de l’eau du robinet de Besse sur Issole pour son fer à repasser et sa bouilloire. Malheureusement, il constate que les trous du fer se bouchent avec un dépôt blanc, tout comme la résistance électrique de la
bouilloire se recouvre de ce même dépôt blanc.
Propose une explication et une solution pour éviter qu’un dépôt se forme sur la bouilloire et le fer à repasser ! Le dépôt blanc est du « calcaire », c’est-à-dire les sels minéraux de l’eau. Lorsque le fer à repasser ou la bouilloire fonctionne, il y a vaporisation de l’eau et les sels minéraux se déposent sur les appareils. Il faut donc utiliser une eau déminéralisée pour éviter que ce dépôt se forme. Le nettoyage peut se faire avec du vinaigre.
Bilan de l’activité :
L’air est un mélange de gaz, 80% de diazote et 20 % de dioxygène. Un alliage est un mélange de plusieurs métaux.
L’eau minérale est un mélange homogène d’eau et de sels minéraux. Ce n’est pas un corps pur.
L’eau déminéralisée est un corps pur.
C/ tests d’identification de l’eau et du CO2
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie
Du dioxyde de carbone :
L’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone.
Propose une expérience permettant de savoir si lors de ta respiration, tu expires du dioxyde de carbone.
Souffle, avec une paille, dans un bécher contenant de l’eau de chaux.
Propose une expérience permettant d’identifier le gaz du Perrier.
On utilise la technique du déplacement d’eau.
Gaz Test
Dihydrogène Détonation à l’approche d’une
allumette Dioxyde de
carbone
Eau de chaux qui se trouble Eteint une flamme
de bougie Dioxygène Ravive la flamme
d’une bougie Tonnerre de Brest ! Je n’ai plus de vin,
que du Perrier à boire ! Il y a des bulles de gaz à l’intérieur mais je ne sais pas ce que c’est. Tu peux me dire ?
La bougie s’éteint immédiatement : c’est du dioxyde de carbone.
Autre expérience :
La bougie dans le verre s’éteint rapidement car il n’y a plus de dioxygène mais que du dioxyde de carbone .
De l’eau :
Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche qui bleuit en présence d’eau.
Propose une expérience permettant de savoir s’il y a de l’eau dans une pomme, de l’huile, du jus d’orange et de l’eau de javel.
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Tu présenteras tes résultats dans un tableau.
Remplis le tableau ci-dessous en notant tes observations
BILAN : Afin d’identifier des substances chimiques, on peut effectuer des tests
d’identification comme ceux du dioxyde de carbone (test à l’eau de chaux qui se trouble) et l’eau (test au sulfate de cuivre anhydre).
4/ Les produits ménagers
Le mélange de certaines substances chimiques peut provoquer une transformation de la matière. Au cours de cette transformation, de nouvelles substances chimiques se forment : On parle des transformations chimiques.
Certains sont dangereuses car elles
provoquent des explosions, des incendies, des projections ou des émissions de gaz toxiques.
Par exemple, le mélange d’eau de javel et de détartrant provoque la libération de vapeurs de dichlore qui irritent les voies respiratoires.
Produit alimentaire
Huile Pomme Eau de javel Jus d’orange
couleur
Blanc Bleu Bleu bleu
Contient de l’eau ?
Non Oui Oui Oui
S’il contient de l’eau :
S’il ne contient pas d’eau :
Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Toutes les expériences réalisées en classe par votre professeur sont dangereuses et ne doivent surtout pas être refaites chez vous. Elles sont réalisées dans un but pédagogique.
L’acide est très corrosif et creuse des trous dans le papier, dans les vêtements…
Il ne faut jamais verser de l’eau dans l’acide : un fort dégagement de chaleur se produit et peut entrainer des projections.
Il ne faut jamais mélanger de l’acide chlorhydrique avec d’autres produits, comme de l’eau de javel, de la soude…
Une réaction chimique violente et exothermique peut entrainer la production de dichlore Cl2, gaz très dangereux et vert.
Du papier d’aluminium et de l’acide dans une bouteille fermée : La réaction démarre assez doucement mais s’emballe très vite : Une véritable bombe excessivement dangereuse !
Le conseil des médecins en cas d’accident…
En cas d'accidents (contact avec la peau, inhalation, ingestion...), il faut immédiatement prévenir un médecin et essayer de minimiser les conséquences en pratiquant des gestes simples tels que :
- Enlever immédiatement le vêtement contaminé,
- En cas d'inhalation : faire respirer de l'air frais. Aérer la pièce. Appeler le SAMU (15).
- En cas de contact avec la peau : Rincer abondamment à l'eau tiède pour diluer l'acide ou la base. Appeler le SAMU (15).
- En cas de contact avec l'œil : Rincer abondamment à l'eau pendant au moins 10min, en maintenant les paupières bien écartées. Appeler le SAMU (15).
- En cas d'ingestion : Faire boire beaucoup d'eau pour diluer l'acide ou la base, rincer la bouche abondamment ne pas tenter de vomir (danger de perforation de l’estomac ou de l’œsophage). Appeler le SAMU (15).
Les dangers pour l’environnement :
Les acides et les bases sont également nocifs pour l'environnement. Ils doivent être récupérés après utilisation afin d'être traités. Rejetés dans l'évier, ils pollueraient le milieu naturel en modifiant le pH et peuvent dégrader les canalisations. Il faut faire appel à des sociétés spécialisées pour les traiter.
Bilan : Réalise une affiche permettant de montrer que certains mélanges de produits sont dangereux.
