5ᵉ · Physique-Chimie · Constitution & transformations de la matière
Un mélange contient plusieurs constituants. On dit qu'il est homogène quand on ne distingue pas ses constituants à l'œil (eau salée, sirop, air) ; il est hétérogène quand on en distingue au moins deux (eau + huile, eau boueuse, jus avec pulpe).
Deux liquides sont miscibles quand, une fois mélangés, ils forment un mélange homogène (eau + sirop). Ils sont non miscibles quand ils forment deux couches séparées (eau + huile).
Quand un solide (le sucre, le sel) se mélange totalement à un liquide sans qu'on le voie plus, on dit qu'il se dissout : c'est la dissolution. On obtient une solution.
• Le corps qui se dissout est le soluté (le sucre).
• Le liquide qui dissout est le solvant (l'eau).
Une solution est toujours un mélange homogène.
Si on ajoute de plus en plus de soluté, il arrive un moment où le solvant ne peut plus en dissoudre : le surplus se dépose au fond. La solution est alors saturée.
• Décantation : on laisse reposer un mélange hétérogène ; le plus lourd (dense) se dépose au fond (eau boueuse).
• Filtration : on verse le mélange sur un filtre ; le liquide passe, le solide non dissous reste sur le filtre.
• Évaporation : on chauffe (ou on laisse à l'air) ; le solvant part sous forme de vapeur et le soluté dissous réapparaît (récupérer le sel de l'eau salée).
L'eau dissout beaucoup de solides (sel, sucre) et de gaz (le dioxygène, indispensable aux poissons). C'est pour cela qu'on l'appelle un bon solvant. L'eau du robinet n'est donc pas de l'eau pure : elle contient des espèces dissoutes.
La concentration en masse Cm indique quelle masse de soluté est dissoute dans un litre de solution.
m est la masse de soluté (en g), V le volume de solution (en L), et Cm s'exprime en g/L (grammes par litre). On peut aussi retrouver la masse : m = Cm × V.
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Les mélanges et les solutions, c'est ton quotidien. Pour rendre l'eau potable, on part d'une eau de rivière trouble, un mélange hétérogène, et on la nettoie par décantation puis filtration avant de la traiter.
Quand tu prépares un sirop, tu dissous du concentré sucré dans l'eau : tu fabriques une solution, et selon la quantité que tu mets, elle est plus ou moins concentrée. En cuisine, saler l'eau des pâtes, sucrer une boisson, séparer l'huile de l'eau dans une vinaigrette : tout cela repose sur les mêmes idées. Comprendre les solutions permet aussi de lire les étiquettes des eaux minérales, où sont indiquées les quantités de minéraux dissous, en milligrammes par litre.
Un mélange contient plusieurs constituants, et il peut prendre deux aspects. On dit qu'il est homogène quand on ne distingue pas ses constituants à l'œil nu : il paraît uniforme, comme l'eau salée bien remuée, un sirop, ou l'air. On dit qu'il est hétérogène quand on distingue au moins deux constituants différents : l'eau et l'huile qui forment deux couches, l'eau boueuse trouble, un jus d'orange avec de la pulpe.
Retiens ce réflexe : si tu vois plusieurs parties ou des morceaux, c'est hétérogène ; si tout semble uniforme, c'est homogène.
Quand tu verses du sucre dans l'eau et que tu remues, le sucre disparaît de ta vue : on dit qu'il se dissout. Cette transformation s'appelle la dissolution, et le résultat s'appelle une solution. On donne un nom à chaque acteur.
Le corps qui se dissout, ici le sucre, s'appelle le soluté. Le liquide qui le dissout, ici l'eau, s'appelle le solvant. Attention à un piège classique : le sucre n'a pas disparu !
Il est toujours là, réparti partout dans l'eau. La preuve, l'eau a un goût sucré, et sa masse a augmenté. Une solution est toujours un mélange homogène, car on ne distingue plus le soluté.
Le solvant ne peut pas dissoudre une quantité illimitée de soluté. Si tu continues d'ajouter du sel dans un verre d'eau et de remuer, il arrive un moment où le sel ne se dissout plus : il tombe et s'accumule au fond du verre. On dit alors que la solution est saturée.
Cela veut dire que l'eau a dissous tout ce qu'elle pouvait, et que le surplus reste solide. Si tu chauffes l'eau, elle peut souvent en dissoudre davantage : la température joue sur la quantité maximale que l'on peut dissoudre.
Pour séparer les constituants d'un mélange, on choisit une technique adaptée. La décantation : on laisse reposer un mélange hétérogène, et le constituant le plus lourd se dépose au fond, comme la boue au fond de l'eau. La filtration : on verse le mélange sur un filtre ; le liquide passe à travers et le solide non dissous reste sur le filtre.
Attention, la filtration ne retient pas un soluté déjà dissous : le sel dissous passe à travers le filtre. L'évaporation : on chauffe ou on laisse à l'air libre ; le solvant part en vapeur et le soluté dissous réapparaît. C'est ainsi qu'on récupère le sel d'une eau salée, comme dans les marais salants.
Deux verres de sirop peuvent contenir des quantités de sucre très différentes : l'un est bien sucré, l'autre à peine. Pour mesurer cela, on utilise la concentration en masse. Elle indique quelle masse de soluté est dissoute dans un litre de solution.
On la note Cm, et on la calcule en divisant la masse de soluté par le volume de solution : Cm égale m divisé par V. Si la masse est en grammes et le volume en litres, la concentration s'exprime en grammes par litre. Par exemple, si tu dissous vingt grammes de sel dans deux litres d'eau, la concentration vaut dix grammes par litre.
À partir de cette formule, on peut aussi retrouver la masse de soluté : m égale Cm fois V.
12 des 32 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.