Sciences physiques Stage n Chimie III: ou mélange? C.F.A du bâtiment Ermont 1
La matière qui nous entoure peut se trouver sous différents états (solide liquide gazeux, voir cours précédents). Quand on a de la matière, celle-ci est parfois pure, parfois non : c est alors un mélange. C est à cet aspect-là de la matière que nous allons nous intéresser dans ce dossier. Activité : Pour chacune des matières illustrées ci-dessous, est-il possible de savoir s il s agit d un corps pur ou d un mélange? Dans les cas où vous pensez que l on a un mélange, que proposeriez-vous pour tester votre hypothèse? Un café Des bijoux en or (rouge, blanc et jaune) Des tubes en cuivre Du béton 2
De la peinture Du papier aluminium De la vinaigrette Conclusion : Une matière composée d une seule sorte de particules est appelée corps pur. Sinon, cette matière est appelée mélange. Attention : tous les mélanges ne se «voient» pas à l œil nu. Plus précisément : quand on distingue à l œil nu les différents constituants du mélange, ce mélange est dit hétérogène. Dans le cas contraire, le mélange est dit homogène. 3
Les mélanges hétérogènes On appelle mélange hétérogène un mélange dont des constituants différents peuvent être discernés à l œil nu. Il en existe entre liquides, entre solides, ou entre solides et liquides. Entre liquides : de l huile et de l eau mélangés énergiquement. Entre solides : du béton. Entre solides et liquides : les vinaigrettes et sauces en sont de parfaits exemple parfois. 4
Les mélanges homogènes On appelle mélange homogène un mélange dont on ne distingue aucun constituants à l œil nu. Il existe des mélanges homogènes sous les trois états : Solide exemples : les alliages métalliques comme l acier. Liquide exemples : l eau minérale, l eau de mer, le lait, les peintures, etc. Gazeux exemples : l air, qui est un mélange de plusieurs gaz. 5
Un exemple de mélange homogène L image ci-contre montre une coupe des tuyaux de distribution d eau potable d une installation ancienne et nécessitant d être complètement rénovée. Bien entendu, le débit de cette installation est fortement diminué, presque inutilisable par endroit! Mais contrairement à ce que l on pourrait croire en voyant ces tuyaux, l eau distribuée est limpide, c est la même que si les tuyaux étaient neufs Cet autre document montre la composition d une eau minérale du commerce, qui elle-aussi est limpide et potable. Comme nous pouvons le voir, l eau que nous rencontrons est rarement pure, c est un mélange, puisque sont dissouts dedans toutes sortes de minéraux, du calcaire, et bien d autres substances parfois. Comme à l œil nu, nous ne pouvons pas voir les différents constituants de l eau, nous dirons que c est un mélange homogène. 6
Les corps purs Quand une matière n est faite que d un seul constituant, une seule sorte de particules, alors on dit que cette matière est un corps pur. Nous avons vu dans les dossiers précédents qu un corps pur existe sous trois états possibles, cela dépendant par exemple de la température. Nous trouvons donc, à température ambiante, des corps purs solides, des corps purs liquides et des corps purs gazeux : ci-dessous, du gaz propane (en bombonne), des tubes en cuivre, un beau cristal de soufre pur, et du mercure le seul métal liquide à température ambiante! 7
Les techniques (ou procédés) de séparation Ces techniques concernent les mélanges, quand on veut séparer les constituants les uns des autres. On peut vouloir séparer des constituants de mélanges pour différents raisons, comme la purification d un corps pur, ou sa concentration dans le mélange, ou encore son recyclage ou sa valorisation (tri des déchets par exemple). Procédés de séparation pour mélanges hétérogènes : Les séparations basées sur la densité des constituants (cela sépare les constituants suivants qu ils sont «lourds ou légers» : Flottaison (pour les corps purs légers) ou décantation (pour les corps purs lourds) : Il y a aussi la centrifugation : 8
Les séparations basées sur la taille des constituants : On peut alors tamiser ou filtrer, ce qui est le même principe : certains constituants passent par les trous (du tamis ou du filtre) alors que d autres, plus gros, sont retenus. 9
Les séparations basées sur la nature de certains corps purs, comme le tri magnétique (qui utilise l aimantation) et permet de séparer les métaux ferreux du reste des matières (y compris des autres métaux) : Il existe d autres procédés, souvent plus techniques, qui permettent de séparer d autres mélanges hétérogènes encore, ou avec de meilleurs résultats, ou à plus grande échelle, ou à moindre coût, etc. Mais aucun de ces procédés n est utile si le mélange est homogène. Dans ce cas, comme nous l avons vu au dossier précédent (voir les exercices), on a recours à un principe simple : le changement d état. 10
Quelques procédés de séparation pour mélanges homogènes : 11
Un corps pur est constitué de particules toutes identiques. Exemples: un tube en cuivre, de l'eau distillée, du dioxygène (bombonne) Un corps composé de particules différentes est un mélange. Un mélange peut être solide (alliage métallique par exemple), liquide (café, vinaigrette) ou gazeux (air). 12