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4ème cours chimie

chap 3 : CORPS PURS et MELANGES
L’air, l’eau de mer, les eaux minérales, l’acier, les roches… sont des mélanges de plusieurs constituants. Chacun est fait de nombreuses substances que nos yeux ne parviennent pas toujours à distinguer. Dans ce chapitre nous allons découvrir différents mélanges et apprendre à séparer les constituants d’un mélange.


  1. Corps purs, mélanges homogène et hétérogène




  1. Protocole :

  • Nous préparons 4 boissons dans 4 béchers : une menthe à l’eau, du café, un jus d’orange et une infusion de thé.

  • Agitons et attendons quelques minutes.



  1. Observations : observez bien l’aspect des 4 béchers avant et après l’agitation, représentez vos observations sur les schémas et complétez la suite.


Avant agitation





Après agitation


Le constituant commun à ces 4 préparations est ……………….……

J’observe (mettre une croix dans les cases) :

Avant agitation

J’observe…

Menthe à l’eau

Café

Jus d’orange

Infusion de thé

…un seul constituant













…plusieurs constituants
















Après agitation

J’observe…

Menthe à l’eau

Café

Jus d’orange

Infusion de thé

…un seul constituant













…plusieurs constituants


















  1. Conclusion et généralisation


Compléter les trous avec les mots suivants : aqueux / mélange / homogène / corps pur / hétérogène

Une substance formée de plusieurs constituants est un …………………………..
Une substance formée d’un seul constituant est un …………………………..
Si un des constituants d’un mélange est l’eau, le mélange est dit …………………………….
Lorsqu’on distingue à l’œil nu au moins deux constituants dans un mélange, on dit que le mélange est ………………………
Lorsqu’on ne distingue pas à l’œil nu les constituants d’un mélange, on dit que le mélange est ………………………………
Rem : « aqua » est une racine latine qui signifie « eau »: comme dans aquarium, aqueduc …

  1. Séparer les constituants d'un mélange


Une grande partie de l’eau que nous consommons vient des fleuves et des rivières. Comment peut-on séparer le sable et la vase mélangés à ces eaux ?

Réponse : avant d’arriver à notre robinet, les eaux des fleuves et rivières sont filtrées puis décantées. Examinons comment se passent ces deux opérations. Nous verrons ensuite qu’il existe d’autres méthodes pour séparer les constituants d’un mélange.



  1. Décantation et filtration

Le jus d’orange précédent est un mélange …………………………… constitué de jus (liquide) et de pulpe d’orange (solide).

Si nous souhaitons enlever la pulpe présente dans le mélange, deux méthodes sont possibles : la décantation et la filtration.


a.1. La décantation


La décantation consiste à ……………………………… le jus d’orange suffisamment longtemps pour que la pulpe tombe au ……………………. du verre. On peut ensuite verser dans un autre verre le jus d’orange (sans pulpe) qui surnage.


Rem 1 : la décantation fonctionne particulièrement bien pour séparer des constituants qui tombent facilement au fond du liquide, comme le sable ou la boue. Elle est d’ailleurs utilisée lors du traitement des eaux usées.

Rem 2 : pour accélérer la décantation, on peut utiliser une centrifugeuse qui en faisant tourner le mélange permet d'obtenir la séparation entre la partie liquide et la partie solide (voir image à droite d’une centrifugeuse à fruits ou le principe d’une centrifugeuse utilisée en biologie ci-dessous).




Centrifugation : https://www.youtube.com/watch?v=Tv8jio9TSLw






Conclusion : lors d’une décantation ou d’une centrifugation d’un mélange ………………………………, les particules solides en suspension dans le mélange se déposent au …………………. du récipient.

a.2. La filtration


La filtration consiste à …………………………………. le jus d’orange à l’aide d’une passoire très fine ou d’un papier filtre de manière à ………………………….. les particules ………………………. dans le filtre. Le jus d’orange (sans pulpe) qui est récupéré est appelé …………………

Rem : cette méthode est assez rapide si la pulpe est en gros morceaux, mais si la pulpe est très fine, elle bouche la passoire (ou le filtre) provoquant un écoulement très lent du liquide.




Conclusion : lors d’une filtration d’un mélange ……………..………, les particules solides en suspension dans le mélange sont retenues par un ……………………

a.3. Conclusion générale
La décantation et la filtration permettent donc de passer d’un mélange …………………………… à un mélange

……………………………….. en séparant du reste du liquide les constituants ………………………… à l’œil nu.




Filtration : https://www.youtube.com/watch?v=P6yhfd2i0cw







  1. Ebullition et distillation

Le jus d’orange homogène que nous avons obtenu par décantation ou filtration est un mélange ……………………………….… qui contient encore plusieurs constituants : sucre, arôme d’orange, eau, etc. Pour en extraire l’eau, nous pouvons procéder de deux façons : par évaporation ou par distillation.


b.1. L'ébullition


Si nous faisons chauffer à feu doux le jus d’orange, l’eau qu’il contient va progressivement …………………………………….. du récipient sous forme de ………………………………………… Cette méthode est utilisée pour obtenir les sirops de fruits.

Si nous continuons de chauffer, lorsque toute l’eau se sera échappée, il restera le sucre et les constituants qui donnent la couleur et le goût au jus d’orange : les extraits d’orange. L’eau qui s’est évaporée dans l’atmosphère n’est pas récupérable.
Rem 1 : le même phénomène peut se produire à la température ambiante à condition d'être patient. On parle alors d’évaporation. Le liquide disparaît au bout de quelques jours et une fine poudre reste sur le récipient.

Rem 2 : parfois la couleur et le goût d’une boisson sont obtenus par ajout de colorants et d’arômes qui peuvent être naturels ou synthétiques (synthétisés par les chimistes).

Conclusion : un liquide peut s’extraire d’un mélange par ébullition en passant à l’état ………………………………………..


b.2. La distillation


La distillation nécessite un montage un peu plus compliqué.

Dans ce montage, on distingue deux parties :
la colonne dans laquelle on fait ……………………. l’eau du mélange et le réfrigérant qui servira à ………………………. l’eau sous forme liquide.


Le liquide obtenu à la sortie du dispositif appelée ……………………….. Le plus important est de bien contrôler la température de chauffage pour ne faire évaporer que l’eau (d'où l'utilisation du thermomètre).


Schéma 4 : Distillation

Rem : cette technique est également utilisée (dans un alambic, par exemple) pour séparer l’eau de l’alcool lors de la fabrication d’eau de vie. Mais, dans ce cas, c’est l’alcool qui est récupéré à la sortie du dispositif car sa température d’évaporation est plus basse que celle de l’eau.

Conclusion : la distillation est une ………………………………….. suivie d’une ……………………………………….

b.3. Conclusion générale
L’ébullition et la distillation permettent de séparer les constituants d’un mélange …………………………………….
Distillation simple : https://www.youtube.com/watch?v=3VRi0KPGb3o

Distillation fractionnée : https://www.youtube.com/watch?v=fqHjQdQLoqE



  1. La chromatographie


Le sirop de menthe vendu dans le commerce est vert. Comment explique-t-on cette couleur ? On pourrait penser qu’elle vient de la chlorophylle verte présente dans les feuilles de menthe. Il s’agit en fait de colorants alimentaires synthétiques ajoutés. Comment peut-on les mettre en évidence ?


c1. Protocole : dans un bécher, nous préparons la solution suivante : 5 mL d’eau salée à (et 1 ml d’éthanol).

Nous découpons un morceau de papier filtre.

À 2 cm du bas du papier filtre, nous tirons un trait et y déposons trois petites gouttes de trois colorants alimentaires de couleur rouge, verte et jaune. Le bas du papier filtre est ensuite placé dans le bécher.




c.2. Observations : le liquide du bécher …………………. dans le papier filtre et entraîne avec lui les ……………………… de colorant.

Représenter en couleur vos observations sur les 2 schémas de droite et complétez la suite.

Le colorant vert est composé de …………………. colorants : un ……………………. et un ………………………. 

Ceux-ci se ……………………car le bleu monte ……………….. que le jaune.









c.3. Conclusion
La chromatographie permet de séparer les différents colorants (ou pigments) d’un ……………………………………….

Quelques animations pour s’amuser et s’instruire :
Chromatographie : http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/cinquieme/chimie/chromatographie.htm

Traitement de l’eau usée pour la rendre potable :

http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/cinquieme/chimie/traitement_eau.htm

  1. Réalisation de différents mélanges


Les substances peuvent se présenter sous trois aspects différents ; solide, liquide ou gazeux. Nous pouvons a priori réaliser des mélanges de toutes sortes : deux liquides entre eux, un solide et un liquide, un gaz et un liquide, deux gaz entre eux…
Nous étudierons seulement les mélanges aqueux, c'est-à-dire que l’un des constituants est l’……………. sous forme ……………



  1. Mélanges entre 2 liquides : notion de miscibilité



a.1. L'eau et l'huile


  • Protocole : a) mélangeons une masse m1 = ………………….. d’eau (légèrement colorée en bleue pour une meilleure visibilité) et une masse m2 = ………………. d’huile dans un erlenmeyer.

  • Observations : l’huile surnage ………………………..  de l’eau.

On dit qu’on observe deux phases distinctes. mmélange = …………………………………………..







  • Protocole : b) agitons l’ensemble.

  • Observations (à représenter sur le schéma) : le mélange est ………………………………………

Les gouttelettes d'huile se sont dispersées dans l'eau : l'huile et l'eau forment une émulsion.

m’mélange = ……………………………………………………

Après avoir laissé reposer, les deux liquides se ………………………… à nouveau.

  • Conclusion : l’huile et l’eau ne peuvent pas se ………………………… On dit qu’ils ne sont pas miscibles.






a.2. L'eau et l'éthanol (alcool)


  • Protocole : a) mélangeons une masse m1 = …………………..d’eau (légèrement colorée en bleue pour une meilleur visibilité) et une masse m2 = …………………..d’éthanol dans un erlenmeyer.

  • Observation : l’éthanol se ………………………….. à l’eau.

On dit qu’on observe une seule phase. mmélange = ……………………………………………….







  • Protocole : b) agitons l’ensemble.

  • Observation (à représenter sur le schéma) : le mélange est ………………………………………

m'mélange = ……………………………………………………….

  • Conclusion : l’éthanol et l’eau peuvent se ………………………… complètement. On dit qu’ils sont miscibles.





a.3. Généralisation
Deux liquides ……………………………………… ne se mélangent ………… et peuvent former une ……………………….. après agitation.
Deux liquides ……………………………… se mélangent …………………………..
Au cours d’un mélange, la masse totale des constituants se ……………………………..
Animation mélanges : http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/cinquieme/chimie/miscibilite_liquides.htm

Rem 1 : deux liquides miscibles forment toujours un mélange ………………………………..

Rem 2 : certains liquides ne sont pas miscibles avec l’eau mais le sont avec d’autres liquides. C’est le cas de l’acétone qui se mélange facilement à l’huile. On peut donc utiliser l’acétone pour nettoyer les taches de graisses sur les métaux.

Rem 3 : il arrive que l’on souhaite tout de même mélanger deux liquides non miscibles, par exemple lorsqu’on souhaite mélanger de l’huile et du vinaigre (qui contient principalement de l’eau) pour faire une vinaigrette. Pour que ces deux produits non miscibles se mélangent, il faut utiliser un produit qui les force à se mélanger : un émulsifiant. Dans la vinaigrette, c’est la moutarde qui joue ce rôle.

Rem 4 : un émulsifiant permet parfois de séparer des constituants d’un liquide homogène comme le montre cette animation : http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations_flash/a_la_loupe/separation_par_extraction_liquide_liquide

  1. Mélange entre un liquide et un solide : notion de dissolution

Il est très facile de former des mélanges homogènes avec l’eau et certains solides comme le sel, le sucre, le chocolat en poudre, le café. On dit que ces solides se dissolvent dans l’eau : ils se réduisent en fines particules invisibles dans l’eau.


b.1. Dissoudre un solide dans l’eau : le soluté et le solvant


  • Protocole : a) mélangeons une masse m1 = …………………. d’eau et une masse m2 = ………………….. de sel dans un erlenmeyer.

  • Observation : le sel se ………………………….. dans l’eau.

mmélange = ……………………………………………….







  • Protocole : b) agitons l’ensemble.

  • Observations (à représenter sur le schéma) : le mélange est ………………………….

  • Conclusion : l’eau et le sel peuvent se ………………………… complètement.

On dit que le soluté (sel solide) s’est dissout dans le solvant (eau liquide).

m'mélange = ……………………………………………….




Rem : les solides qui se dissolvent dans l’eau ne changent pas d’état : ils ne fondent pas et ne deviennent pas liquides !!

En effet, pour qu’il y ait changement d’état, il faut qu’il y ait une modification de la température. Or ce n’est pas le cas lors de la dissolution. À titre indicatif, le sel, qui se dissout très facilement dans l’eau, ne fond qu’à la température d’environ 800 °C !


b.2. Retrouver le sel dissout

Le sel a-t-il disparu ? Proposer une expérience pour répondre à cette question.
Puisque l’eau salée est un mélange …………………………………, nous pouvons réaliser une ……………………………

  • Protocole : faisons chauffer notre solution aqueuse.

  • Observation (à représenter sur le schéma) : le sel se …………………………………. sur les parois de l’erlenmeyer. Il était donc toujours présent dans la solution d’eau salée.





b.3. Saturer une solution
Peut-on mettre autant de sel que l’on veut dans de l’eau ?


  • Protocole : ajoutons une grande quantité de sel dans 100 mL d’eau.

  • Observation : (à représenter sur le schéma) Après dissolution d’une masse msel = ………………. le mélange devient ………………………………………………….

  • Conclusion : A partir d’une certaine limite, le sel ne se dissout plus dans la solution d’eau salée et forme des particules solides en …………………………. dans la solution. On dit que la solution est saturée.




Rem : si on augmente la température de l’eau en la chauffant, il est possible d’y dissoudre une plus grande masse de sel : la capacité de dissolution de l’eau augmente avec la température. Ainsi, s’il est possible de dissoudre 2 kg de sucre par litre d’eau à 20 °C, cette masse peut passer à 4 kg de sucre par litre d’eau à 90 °C. C’est pour cette raison qu’il est toujours plus facile de dissoudre la poudre de chocolat dans de l’eau chaude que dans de l’eau froide.

b.4. Généralisation
L’eau est un ………………………… qui peut ……………………….. certains ………………………….. comme le sel.

Une substance dissoute est toujours ……………………… dans la solution. Une dissolution n’est donc pas une fusion !

Au cours d’une dissolution, la masse totale des constituants se ……………………………..

Dans un volume d’eau donné, on ne peut dissoudre qu’une quantité…………………………. de ………………………
Animation dissolution : http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/cinquieme/chimie/dissolution_masse.htm

c. Concentration massique d’une solution

La concentration en soluté d’une solution peut être estimée de différentes manières.

c.1. Concentration et goût

  • Protocole : dans trois verres, nous versons 50 mL d’eau et nous ajoutons un demi-sucre dans le premier verre, un sucre dans le deuxième et deux sucres dans le dernier. Nous mélangeons jusqu’à dissolution complète du sucre dans l’eau. Les verres sont ensuite déplacés de façon à ne plus pouvoir les distinguer les uns des autres. Nous faisons alors goûter les verres par plusieurs personnes.




  • Observation : en général, tous les goûteurs replacent très facilement les verres par ordre de concentration croissante.









  • Interprétation : notre goût nous permet très facilement de mettre en évidence des différences de quantité de soluté par volume de solvant, c’est-à-dire des différences de concentration.



c.2. Concentration et couleur


De même, il nous est très facile de distinguer des différences de concentration importantes pour des solutés qui colorent la solution.

  • Protocole : a) refaisons l’expérience précédente en remplaçant les morceaux de sucre par des spatules de sulfate de cuivre.



  • Observations  (à représenter sur le schéma) :

la différence de coloration dépend de la concentration en sulfate de cuivre et nous permet facilement de classer les verres :




plus la masse de sulfate de cuivre dissoute est ………………………. plus la couleur est ………………………….

Si nous prenons ensuite le verre contenant le plus de sulfate de cuivre et que nous y ajoutons de l’eau, nous voyons sa couleur devenir plus …………………………….  signe que la concentration en sulfate de cuivre …………………………

  • Interprétation : la concentration varie avec la quantité de …………………. et avec la quantité de ………………………….
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