L eau et les mélanges (Chap4) I. Introduction Deux gaz vont toujours se mélanger car leurs particules sont non liées. Deux solides ne peuvent pas se mélanger car leurs particules sont liées. Quant aux liquides, certains peuvent se mélanger, d autres non. Un solide peut se mélanger à un liquide. II. L eau et les autres liquides 1/ L eau et l huile. L eau et l huile ne se mélangent pas. Ces liquides ne sont pas miscibles. Le mélange est dit hétérogène. 2/ L eau et l alcool. L eau et l alcool se mélangent totalement. Ces liquides sont miscibles. Le mélange est dit homogène. 3/ Autres exemples. jus d orange eau boueuse café eau salée sirop de menthe vinaigrette 1
Pourquoi les appelle-t-on des mélanges? Ils contiennent au moins deux constituants (eau, colorant, arôme, corps en suspension, corps dissous). Quels sont les mélanges dans lesquels vous pouvez distinguer, à l'œil nu, plusieurs constituants? Jus d'orange, eau boueuse, vinaigrette. Ces mélanges sont dits hétérogènes. Les autres, café, eau salée, sirop de menthe, sont dits homogènes. III. Comment séparer les constituants d un mélange? 1/ La décantation Lorsqu un mélange est hétérogène et comporte des particules solides, on peut laisser reposer le mélange afin que les matières solides en suspension se déposent au fond du récipient. La décantation consiste donc à laisser reposer un liquide pour séparer ses différentes phases. Cette méthode de séparation a ses limites : elle est assez lente et il reste toujours des petites particules en suspension. Mélange hétérogène (eau boueuse, jus d orange ) Quelques instants après Liquide plus clair REMARQUE : la sédimentations dépôt Plus les particules sont lourdes, plus elles tombent vite. Les vitesses de sédimentation des particules sont donc différentes. 2
L application est faite en BIOLOGIE (VS). Le sang est un mélange. On le place dans un tube long et étroit et on le laisse reposer. Quand on a une infection, la composition du sang change et la vitesse de sédimentation augmente. Ce test permet de détecter une maladie. 2/ La centrifugation Pour accélérer une décantation ou une sédimentation, on peut utiliser une centrifugeuse. On fait tourner très rapidement en position inclinée ou horizontale des tubes contenant le liquide à décanter. Les particules solides se déposent au fond des tubes. Application quotidienne : essoreuse à salade, se secouer les mains mouillées pour expulser l eau 3/ La filtration agitateur papier filtre entonnoir filtrat 3
Après une décantation ou à sa place, on peut faire une filtration. Le papier filtre peut retenir des particules solides de très petites dimensions. Après la filtration, le mélange obtenu (le filtrat) est homogène. La filtration est un procédé plus performant que la décantation. Cependant, cette méthode ne permet pas de séparer tous les constituants puisque le filtrat peut rester coloré, sucré ou salé ou garder une odeur Pour obtenir un liquide plus limpide et plus clair, on peut filtrer avec un papier filtre plus fin ou refiltrer plusieurs fois le filtrat obtenu la première fois. 4/ L évaporation Après la filtration, pour séparer les constituants restants dans le mélange homogène, on peut procéder à une évaporation. Cette procédure est lente. Elle peut durer plusieurs jours. 5/ La distillation Schéma L évaporation étant très lente, on peut chauffer le liquide pour le vaporiser et on le récupère ensuite à l aide d un réfrigérant. Une distillation est une ébullition suivie d une condensation. Elle permet donc de séparer les constituants d un mélange homogène. A la fin, il peut rester dans le ballon un extrait sec et le distillat peut être encore un mélange 6/ La chromatographie La chromatographie permet de séparer certains constituants d un mélange homogène. Sur une bande de papier filtre, on place à une même hauteur différents colorants. On place ensuite le bas du papier filtre dans un éluant (eau). L éluant monte dans le papier et entraîne les différents constituants du mélange à des vitesses différentes. Ils sont ainsi séparés. 4
thermomètre sortie de l eau entrée de l eau colonne à distiller réfrigérant ou condenseur éprouvette ballon distillat chauffe-ballon mélange homogène Préparation de la bande de papier On trace un trait au crayon de papier à 2 cm du bas du papier filtre, puis un autre trait situé à 1 cm au-dessus du premier. On dépose, à l aide d un cure-dents, sur le trait le plus haut une goutte de chacun des colorants jaune (E102), rouge (E122 ou E124) et vert par exemple. On attend ensuite que la feuille de papier sèche 5
Expérience On plonge la bande de papier dans un bécher contenant de l eau légèrement salée en réglant la hauteur de façon à ce que l eau ne dépasse pas le premier trait. On tient la feuille à l aide de 2 pinces. Observations Les colorants ne se déplacent pas à la même vitesse. Le jaune monte plus haut que le rouge. Le vert s est séparé en 2 couleurs : du bleu et du jaune. Les deux taches jaunes montent à la même hauteur Le colorant vert est un mélange de 2 colorants, du E102 (jaune) et du E131 (bleu) IV. Traitement des eaux usées Pour traiter les eaux usées, on enlève les matières solides par filtration et décantation. Un traitement biologique par des bactéries complète ce traitement. 6
Les colorants alimentaires (1) Les additifs alimentaires sont des substances que l on ajoute aux aliments ou aux boissons pour augmenter leur durée de conservation (conservateurs et anti-oxygène), pour améliorer leur présentation (colorants et agents de texture) ou encore pour modifier leur goût (arômes). Ces additifs sont obligatoirement mentionnés sur les étiquettes de composition par un code officiel ou par leur nom. Par exemple, les colorants sont codés de E100 à E199. Quelques colorants sont naturels, extraits de plantes, de fleurs, voire d insectes. D autres sont fabriqués, ce sont des colorants de synthèse. Les colorants alimentaires (2) Certains colorants, même naturels, peuvent être nocifs en grande quantité. Aussi la loi a défini une Dose Journalière Admise (DJA) pour chaque colorant et les industriels doivent tenir compte de ces normes lorsqu ils les utilisent. code couleur nom DJA origine E 102 jaune tartrazine 7,5 mg/kg E 122 rouge azorubine 2,0 mg/kg E 124 rouge rouge cochenille A 0,75 mg/kg E 131 bleu bleu patenté V 2,5 mg/kg E 150 brun caramel 250 mg/kg naturelle 7