CLASSIFICATION DE LA MATIÈRE

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1 Unité 3 CLASSIFICATION DE LA MATIÈRE Mélanges et corps purs On a déjà étudié qu il y a des substances comme l eau ou l alcool, constituées par une seule sorte de molécules et que les molécules d eau sont différentes de celles de l alcool. Mais cela ne sert pas à identifier ni à classifier les substances car nous ne pouvons pas observer les molécules. Un récipient plein d eau et un récipient plein d alcool ont le même aspect, comment est-ce qu on peut alors les identifier? En outre, dans la plus part des cas, nous ne savons pas si un système matériel est composé d une seule substance -constituée par un seul type de molécules- ou de plus d une substance. Une substance pure ou corps pur comme l eau ou l éthanol, est caractérisée par des propriétés physiques : La température de changements d états, la densité et d autres propriétés telles que la couleur, l odeur,... L ensemble de ces propriétés distingue une substance d autres corps purs et des mélanges. Nous pourrions dire que chaque substance a «une carte d identité» X Nom: Prune Prénom: Marie Rose Signature: Nom: éthanol État (20 ) : liquide t de solidification: C t d' ébullition : 79 densité: 0 8 g/ml couleur: incolore 1. Complétez la carte d identité de l eau et du dioxyde de carbone avec les mots et les chiffres suivants : 0 C, C, 78 5 ºC insipide, 1 g/ml, g/ml, piquante, 1 67 g par litre d eau à 20 C, inodore, liquide, gazeux, incolore, 100 C, H 2 O, très bon solvant, CO 2. Nom: EAU État (à 20 ) : Formule chimique: couleur: odeur: saveur: t e de solidification: t e d ébullition : densité: Signe particulier: 1

2 Nom: État (à 20 ) : Formule chimique: couleur: odeur:. t e de solidification: t e d ébullition : solubilité : densité: En général, dans la nature, on ne trouve pas de corps purs, mais des mélanges. Un corps pur est une seule substance. Un mélange a plus d une substance Mélange = substance A + substance B + Exemple : une boisson = eau + sucre + dioxyde de carbone + Corps pur = 1 substance Exemple : sucre 2. Complétez le texte avec les mots: chaud, rayons cosmiques, oxygène, vie, atmosphère, air, environnement, météorites, respirent. L est si transparent qu on finit par oublier sa présence. Pourtant il existe bel et bien. Sans air la sur la Terre serait impossible. Il est non seulement un élément majeur de notre, mais il contient aussi de l que les êtres humains et tous les animaux. L qui entoure notre planète nous protège aussi contre les effets néfastes des ou des, et tient au la surface de la Terre comme un édredon douillet. «La Sciencie» Judith Hann 3. Répondez : Indiquez l un des composants de l air. L air, est-il nécessaire? Pourquoi? Dans le texte on parle de l air comme d un élément. Substituer ce mot par un autre plus adéquat : substance pure, mélange hétérogène, mélange homogène On indique que l air est si transparent qu on finit par oublier se présence. Comment peut-on démontrer que l air est de la matière? 2

3 Comment est-ce qu on peut distinguer un corps pur d un mélange? Il s agit d un problème difficile, bien qu il y ait des mélanges faciles à différencier, comme les boissons (on est habitué à lire les ingrédients) ou les mélanges qui ont un aspect hétérogène, où on peut distinguer les constituants. 4. L eau plate, est-elle homogène ou hétérogène? L eau plate, est-elle une substance ou un mélange? Et l eau d un ruisseau? Comment est-ce qu on peut le vérifier? 5. Complétez la carte d identité de l eau plate et de l eau salée. Faites les expériences nécessaires. Nom: Composition chimique : État (à 20 ) : couleur: odeur: t e de solidification: t e d ébullition : densité: Nom: Composition chimique : État (à 20 ) : couleur: odeur: t e de solidification: t e d ébullition : densité: 6. Comparez la carte d identité de l eau, de l eau plate et de l eau salée. Un corps pur passe de l état solide à l état liquide ou de l état liquide à l état gazeux, à une température déterminée, caractéristique du corps pur considéré. La température de fusion est de 0 C pour l eau, C pour l alcool, etc. 3

4 La présence d une substance dissoute entraîne des modifications. La température à laquelle s effectue le changement d état est différente et ne présente plus la même stabilité. Si on suit la température lors de l ébullition d une eau salée, on constate qu elle débute à 102 C (valeur prise comme exemple pour fixer les idées) et qu elle augmente légèrement et régulièrement au cours de l ébullition. L air est de la matière car il a une masse et il occupe un volume. Il est un mélange car sa température de condensation n est pas stable. En 1774, le chimiste français Antoine de Lavoisier fut le premier à montrer que l air est un mélange contenant essentiellement deux gaz : azote et oxygène. L eau de pluie, de la mer, des ruisseaux ou encore celle des fleuves est mélangée avec d autres substances. Eau + sels minéraux + oxygène + Air = azote (nitrogène) + oxygène + dioxyde de carbone +... Ce sont des corps purs : l eau, l alcool (éthanol), le fer, l or, l oxygène, 7. Cherchez d autres corps purs. 8. Qu est-ce qu un corps pur? 9. Qu est-ce qu un mélange? Un mélange est constitué de plusieurs substances. Si l on peut distinguer, généralement à l œil nu, les constituants, le mélange est hétérogène, dans le cas contraire il est homogène. Une dissolution (solution) est un mélange homogène. Une solution est formée au minimum d'un solvant et d'un soluté. Le solvant est la substance qui est présente en plus grande quantité par rapport aux autres constituants. L eau est un bon solvant, capable de dissoudre une grande quantité de substances. 10. Qu est-ce qu un mélange homogène? 11. Qu est-ce qu un mélange hétérogène? 4

5 12. Complétez le schéma suivant. systèmes matériels Exemples: Exemples: Exemples: 13. Complétez le schéma de classification des systèmes matériels. système matériel Est-ce qu il est hétérogène? OUI NON Est-ce qu il a des propriétés caractéristiques OUI NON 14. Associez les mots aux images : huile et vinaigre, café, orange pressée (jus d orange naturel), eau du robinet, eau et sable, orangeade, vin, lait, air, marbre. Indiquez si le système est homogène ou hétérogène. δεμι χρ μ 5

6 15. Complétez le tableau suivant. Utilisez les mots des exercices antérieurs. Sortes de mélanges On peut observer au moins deux constituants On ne peut pas observer de constituants Exemples 16. Recopiez et complétez les phrases suivantes. a) Un liquide qui est constitué de plusieurs matières est b) Lorsqu on peut distinguer deux constituants d un mélange, celui-ci est 17. Recopiez et complétez avec les mots suivants : un mélange hétérogène, un liquide homogène, une solution, de l eau. Dans un jus d orange, il y a entre autres de la pulpe d orange, du sucre et. Le jus d orange est car on peut distinguer la pulpe qui finit par se déposer. Le jus filtré est.il contient du sucre dissout. C est 18. On dit couramment que le sel et le sucre fondent dans l'eau. Cette expression, est-elle correcte? Pourquoi? 6

7 19. Une eau parfaitement limpide, est-elle de l eau pure? 20. Vrai ou faux? Une eau limpide peut ne pas être potable Justifiez votre réponse 21. Vrai ou faux? Le sel et le sucre disparaissent lorsqu'on les dissout dans l'eau Justifiez votre réponse Comment séparer les constituants d un mélange? Essayons de séparer le liquide et les matières solides de l orange pressée. 22. Quels sont les constituants d une boisson à l orange? Tu peux choisir : du sucre, vitamines, de la pulpe, des colorants, de l huile, de l alcool, de dioxyde de carbone, de l eau. 23. L orange pressée, est un mélange homogène ou hétérogène? Pour séparer les constituants de l orange pressé, on dispose de plusieurs techniques utilisées en chimie. 1. La décantation Dans un verre, laissons reposer pendant un temps suffisamment long un peu de boisson à l orange. Il y aura une sédimentation. 24. a) Quel constituant se dépose-t-il au fond du verre? b) Quel est le constituant le plus dense? 7

8 25. Complétez : La se trouve parce que On peut vérifier qu un millilitre de pulpe est moins lourd qu un millilitre de liquide. Le dépôt qui se produit est la conséquence de cette différence. Pour séparer le liquide qui a été sédimenté on peut utiliser une seringue ou on peut verser une seule des deux couches dans un verre (décantation). La décantation est le transvasement que l'on effectue après une sédimentation pour séparer un liquide d'un solide ou deux liquides non miscibles. Si l on veut séparer deux constituants liquides d un mélange hétérogène, ou deux liquides non miscibles comme l huile et l eau, on peut utiliser une ampoule à décanter. 2. La filtration Pour séparer un solide d un mélange hétérogène on peut filtrer le mélange. Pour cela, nous avons besoin d un entonnoir, d un papier-filtre et d un bécher. L entonnoir est placé au-dessus du bécher. 8

9 26. Indiquez le nom de chaque élément. Dans un entonnoir contenant un filtre, versons lentement le mélange. Le liquide s écoule peu à peu (le filtrat). Lorsque l écoulement est terminé, on constate que des matières solides ont été retenues par le filtre (le résidu). Interprétation : Le filtre en papier est percé de trous minuscules, mais il laisse passer les liquides. Les particules solides, plus grosses que les trous du papier, sont arrêtées. On élimine ainsi les particules solides très petites. 27. Faites un dessin qui explique le paragraphe antérieur. Le mélange obtenu est un mélange homogène car on ne peut pas distinguer les constituants 28. Recopiez et complétez les phrases suivantes. a) Lorsqu on décante un mélange, le constituant le plus dense se place b) La filtration permet de séparer des d un 29. Pour faire du café, on verse de l eau très chaude sur des grains de café moulus placés dans un entonnoir muni d un filtre en forme de cornet. Quelques substances des grains de café se dissolvent dans l eau chaude. a) Le mélange obtenu dans l entonnoir est-il homogène ou hétérogène? b) Qu est-ce qu il faut faire pour séparer les constituants? c) Le liquide recueilli est-il homogène ou hétérogène? d) Complétez avec les mots suivants : le reste solide, mélange hétérogène, grains de café moulus, de l eau chaude, entonnoir, mélange homogène, papier-filtre. 9

10 3. La distillation Pour séparer les constituants d un mélange homogène, les chimistes réalisent une opération appelée distillation. Par exemple, le liquide obtenu par filtration de l orange pressée contient de l eau, du sucre et d autres substances. Pour séparer l eau des autres constituants on peut distiller le liquide. 30. Identifiez dans le dessin : bec Bunsen, thermomètre, ballon, tube réfrigérant, courant d eau froide du robinet, courant d eau tiède vers l évier, erlenmeyer, distillat, ébullition, condensation. Si nous réalisons le montage du dessin, la boisson à l orange se met à bouillir et un liquide incolore s écoule dans l erlenmeyer. Dans le ballon le liquide devient de plus en plus coloré et son niveau baisse. Lors de l ébullition, certaines matières passent de l état liquide à l état gazeux, puis au contact du réfrigérant, repassent de l état gazeux à l état liquide par condensation. C est ce liquide Substance A (état.. ) ébullition Substance B (état liquide) Mélange homogène (A+B+ ) (état liquide) 10

11 que l on recueille dans l erlenmeyer. 31. Complétez le schéma antérieur avec les mots suivants : condensation, erlenmeyer, ballon, gazeux, tube réfrigérant. 32. Complétez. L eau se met à bouillir et devient gazeuse à. Le sucre et les autres constituants par contre ne se vaporisent pas à. En chauffant le jus d orange à une température voisine de, l eau se met à bouillir et s échappe de la boisson. Les vapeurs riches en traversent. La vapeur d eau, refroidie par un courant d eau froide, se en eau liquide. On peut recueillir dans un une solution enrichie en eau. 33. Faites la distillation du vin rouge et complétez. L eau se met à bouillir et devient gazeuse à. L alcool par contre se vaporise à. En chauffant du vin à une température voisine de, l alcool se met à bouillir et s échappe du vin avant l eau. Les vapeurs riches en alcool traversent. La vapeur d alcool, refroidie par un courant d eau froide, se en alcool liquide. On peut recueillir dans un erlenmeyer une solution enrichie en. La distillation est un procédé de séparation de certains constituants d un mélange homogène: c est une vaporisation suivie d une condensation. 34. Recopiez et complétez les phrases suivantes. a) Pour séparer les constituants d un mélange, on peut utiliser la b) Lorsqu on laisse reposer un mélange, on réalise une 35. Recopiez et complétez avec les mots suivants: filtration, décantation, distillation. Justifiez le procédé de séparation. L eau La boue Le sable La boue se dépose au fond d un ruisseau par car la boue Nous préparons du café par car 11

12 On sépare l alcool du vin par car Dans une vinaigrette, l huile et le vinaigre se séparent par car 36. Complétez le tableau suivant Mélange Sorte de mélange Procédé de séparation Justification Vinaigrette Orange pressée hétérogène Eau du robinet Eau et sable Eau sucrée Air Vin 12

13 37. Représentez une carte conceptuelle pour la définition de filtration. Exemple: La distillation est une technique de séparation des constituants d un mélange homogène qui consiste à faire bouillir une solution et à condenser la vapeur obtenue contenant les composants de température d ébullition plus basse (les plus volatils). une technique de séparation des constituants d un mélange homogène est La distillation Description : qui consiste à faire bouillir une solution et à condenser la vapeur obtenue contenant les composants de température d ébullition plus basse (les plus volatils) La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un mélange hétérogène qui possède une phase liquide et une phase solide. L'utilisation d'un filtre permet de retenir les particules du mélange hétérogène qui sont plus grosses que les trous du filtre. est qui possède Description 38. Définir: décantation, cristallisation. 13

14 39. Ordonnez les paragraphes pour former un texte sur la potabilisation de l eau. L eau contient encore des substances dissoutes qui ne peuvent être retenues par les filtres. Parmi ces substances, certaines doivent être éliminées pour que l eau soit potable, en particulier les bactéries et les virus. Aussi est-il souvent nécessaire de pratiquer en fin de traitement une désinfection à l aide de produits chimiques (chlore, ozone, ). Lorsqu elle circule à la surface du sol, l eau se pollue et se charge de matières en suspension ou en solution : particules d argile, déchets de végétation et organismes vivants. Les eaux de surface passent d abord à travers une grille et un tamis qui permettent de retenir les matériaux le plus gros. Les eaux contiennent parfois trop de sels de calcium (elles sont dures) : on les traite à la chaux. Lorsqu elle ont une couleur rouille due aux sels due fer, ont les fait passer dans des stations de déferrisation avant sa consommation. Un chiffre énorme, de m 3 d eau sont consommés tous les jours en France pour les besoins domestiques! L eau du robinet provient soit d une nappe souterraine (c est le cas de Lyon, Strasbourg, Bordeaux) soit d une rivière (c est le cas de la région parisienne pour 90% de sa consommation). Pour rendre potable l eau naturelle, il faut la traiter. L eau, après décantation, est filtrée. Elle traverse des couches de graviers, puis des sables de plus en plus fins. Les plus fines des particules en suspension sont retenues par ces sables. Le traitement des eaux des nappes souterraines est plus simple, car elles ont déjà été filtrées par les terrains. Le plus souvent, on se contente de les traiter chimiquement pour éviter la prolifération des bactéries lors de transport. LA QUALITÉE DE L EAU On fait déposer les particules plus fines en ajoutant un substance provocant la floculation, c'est-à-dire, la réunion des particules fines dispersées. En suite, la décantation se poursuit dans des bassins (décanteurs). Sciences Physiques Collection Durandeau Hachette Éducation 14

15 Complétez le schéma du traitement de l eau. Déferrisation CHLORE 15

16 40. Complétez le tableau suivant. LES MÉLANGES Sortes de mélanges Définition Exemples Comment séparer les constituants des mélanges? Interprétation 16

17 VOCABULAIRE 1. Écrivez les mots et les expressions les plus importants de l unité 3 en les regroupant. 2. Mots croisés Horizontal 1. Procédé que l on emploie pour séparer les constituants d un mélange homogène. 2. Instrument de forme conique et terminé par un tube. 3. Procédé que l on emploie pour séparer les constituants d un mélange hétérogène. 4. Qui n est mélangé à rien d autre. 5. Procédé que l on emploie pour séparer les constituants d un mélange hétérogène. 6. Mélange homogène que l on boit et qui contient de l alcool. 7. Mélange où on peut distinguer ses constituants. 8. Mélange où on ne peut pas distinguer ses constituants. Vertical 1. Changement d état nécessaire pendant la distillation. 2. Ensemble de plusieurs substances. 3. Mélange homogène gazeux qui contient azote et oxygène. 4. Changement d état nécessaire pendant la distillation. 5. Instrument en verre que l on emploie pour distiller un mélange. 6. Si elle provient du robinet, elle n est pas pure. 17

18 C D I S T I L L A T I O N I N E N T O N N O I R D B E A D É C A N T A T I O N L B S L P U R F I L T R A T I O N L T N L M I V I N H É T É R O G È N E T L N A I A U H O M O G È N È N G E 18