Quelques méthodes de séparation en chimie

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1 Quelques méthodes de séparation en chimie I Différentes eaux sur Terre. L eau potable sur terre se trouve principalement dans : L eau des rivières qui sont souvent boueuses. L eau des nappes phréatiques de qualités variables parfois avec des nitrates. L eau de mer qui est salée. Quelles sont les méthodes permettant de purifier ces eaux pour les rendre potables? II Les différents types de mélanges a. Le mélange homogène Prenons de l eau et un colorant alimentaire vert. Après agitation, les deux composants ne se séparent plus, le mélange est transparent. On observe aucune différence à l œil nu. On qualifie ce mélange comme étant homogène. Il a les mêmes propriétés en tous points du mélange. => L eau salée ou les eaux minérales sont de ce type. b. Le mélange hétérogène Si l'on mélange de l eau et de la terre (boue). Ce mélange est hétérogène (hétéro=différent). La terre est en suspension dans l eau et ne permet pas d'obtenir la transparence d'un mélange homogène. Le mélange est trouble, on voit des particules en suspension dans le liquide. => La boue ou du jus d'orange sont des mélanges hétérogènes. c. Quelques cas particuliers Lorsqu'on prend du lait, il n'est pas transparent. On peut observer (image ci-contre) avec un microscope différentes parties. Cependant, au niveau du collège, on qualifiera, un mélange de ce type comme homogène du fait, qu'à l œil nu, on ne distingue pas les différentes parties. => Le ketchup ou le lait sont donc homogènes à l œil nu. Un mélange dont on ne distingue pas, à l œil nu, les différentes composantes est classé (au collège) dans les mélanges homogènes. c. Activité : Donner trois exemples de mélanges homogènes et hétérogènes dans les liquides composants notre alimentation. P1 /3 Mélanges homogènes Mélanges hétérogènes

2 IV Différentes méthodes de séparation (feuille n 2) La distillation Montons le système de distillation ci-contre. Puis plaçons de l eau avec du sirop de menthe coloré dans le ballon au-dessus du chauffe ballon. Le chauffage provoque l ébullition du mélange. La colonne guide la vapeur vers le réfrigérant. Celui-ci, refroidit les vapeurs en provoquant une liquéfaction. On récupère un distillat. Celui-ci est incolore mais pas inodore. c. Interprétation L'eau en changeant d état a été séparée de son colorant. Celui-ci est resté dans le ballon initial. Mais certaines substances odorantes (volatiles) peuvent rester dans le liquide final. Conclusion La distillation permet de séparer certains constituants d un mélange... Désavantage : Elle est coûteuse en énergie. e. Exemples d applications : Distillation du pétrole dans une raffinerie pétrolière (figure a) Distillation de l alcool de vin par un alambic (figure c) Dessalement d eau de mer dans la péninsule arabique. Distillation des fleurs pour obtenir des parfums (figure b) Figure a Figure b Figure c

3 La chromatographie Faire une séparation de colorants par une chromatographie. Une phase liquide (eau) en remontant va entraîner des colorants alimentaires (plus ou moins solubles dans l'eau). Papier chromatographie Colorants alimentaires Eau et interprétation Les colorants n ont pas les mêmes propriétés chimiques et ne sont pas transportés à la même vitesse par les molécules d eau se répandant dans le papier par capillarité. Cette méthode permet de séparer les constituants d un mélange homogène. V Une station d épuration

4 III Différentes eaux potables Activités expérimentales Objectif : Observer la différence entre différentes eaux potables en obtenant un résidu après vaporisation. Placer 1 à 2 cm3 des différentes eaux disponibles (eau de source, eau minérale, eau du robinet et eau distillée) dans des tubes à essais. Chauffer en respectant scrupuleusement les règles de sécurité: Danger de projection et de brûlures! Ne pas chauffer le bas du tube à essais. Chauffer au niveau de la surface et en agitant Diriger l'extrémité du tube vers une zone dégagée Placer la pince en bois loin de la flamme du bec Bunsen Après vaporisation de l eau qu observe-t-on? (dessiner sur le schéma) n 1 : Eau du robinet n 2 : Eau de source n 3 : Eau déminéralisée n 4 : Eau minérale n 1 n 2 n 3 n 4 c. Que peut-on conclure sur ces eaux potables et des substances contenues?

5 IV Différentes méthodes de séparation La décantation Réalisons un mélange hétérogène d eau, de terre et de colorant alimentaire vert. Celle-ci est un mélange hétérogène. Laissons reposer l ensemble pendant plusieurs heures sous l'action de la seule gravité terrestre. Eau colorée Boue c. Conclusion La décantation est une méthode agissant sur les mélanges... d. Amélioration de la méthode : Par la.. qui permet par mise en rotation de créer une force supérieure à la celle de la gravité terrestre (force centrifuge) : Sédimentation du sang. Jus de fruits et de légumes Essorage du linge ou de la salade Par la. qui chimiquement agglomére les petites particules pour accélérer la décantation. Station d'épuration e. Application de la décantation Les bassins de décantation (image ci-contre) servent à séparer les boues de l'eau pour la clarifier. Ils servent pour épurer les eaux usées dans les villes. On peut aussi noter que les barrages hydroélectriques permettent aussi à la turbine d'être protégée contre les particules en suspension. La filtration Matériels à prendre Bécher Filtre plissé Entonnoir

6 Réaliser la filtration d une eau boueuse colorée à l aide du montage ci-contre filtre filtrat... c. Conclusion Le filtrat est visuellement... mais coloré. La filtration simple est donc une méthode qui n'agit que sur les mélanges.... d. Application de la filtration Préparation du café ou du thé Obtention d'une eau sans bactérie par les aventuriers (ci-contre) Filtration avec du sable dans les stations d'épuration... Les possibilités sont énormes... La chromatographie Faire une séparation de colorants par une chromatographie. Une phase liquide (eau) en remontant va entraîner des colorants alimentaires (plus ou moins solubles dans l'eau). et interprétation Les colorants n ont pas les mêmes propriétés chimiques et ne sont pas transportés à la même vitesse par l eau se remontant dans le papier par capillarité. Papier chromatographie Colorants alimentaires Eau c. Conclusion Cette méthode permet de séparer les constituants d un mélange homogène. d. Application de la chromatographie Analyse des arômes dans les substances alimentaires pour fabriquer des arômes artificiels...

7 Montage pour la distillation et station d'épuration Montage pour la distillation et station d'épuration