Dans certains jus de fruits, on observe de la pulpe solide en suspension : ce sont des mélanges hétérogènes, car on distingue plusieurs constituants. Dans le café, le lait ou le vin, on ne distingue pas les constituants : ce sont des mélanges homogènes. Comment séparer les constituants d’un mélange ? Ce cours présente trois techniques : la décantation, la filtration et la distillation.
I. La décantation
La décantation est la séparation, sous l’effet de la gravité, de plusieurs phases non miscibles dont l’une au moins est liquide ou gazeuse. Elle permet de séparer soit plusieurs liquides non miscibles de densités différentes, soit des solides insolubles en suspension dans un liquide.
Mélange hétérogène solide-liquide : après agitation d’eau et de terre, les particules de terre se déposent peu à peu au fond du récipient (les plus denses en premier) tandis que le liquide s’éclaircit progressivement. Au bout d’un temps suffisant, le liquide redevient limpide.
Mélange hétérogène liquide-liquide : en versant un mélange d’eau et d’huile (non miscibles) dans une ampoule à décanter et en laissant reposer, le liquide le plus dense (l’eau) se dépose au fond et peut être récupéré en premier en ouvrant le robinet.
II. La filtration
L’eau boueuse décantée n’est pas parfaitement claire : elle contient encore des particules en suspension. On la verse alors sur un papier filtre (papier percé de trous microscopiques) placé dans un entonnoir.
Les particules solides sont bloquées par le filtre : c’est le résidu. Seul le liquide traverse le filtre : c’est le filtrat. Lors d’une filtration, les constituants solides d’un mélange hétérogène sont retenus par le filtre, et le liquide homogène obtenu est le filtrat.
III. La distillation
La distillation est un procédé qui sépare les constituants d’un mélange homogène de substances liquides dont les températures d’ébullition sont différentes. Sous l’effet de la chaleur, les substances se vaporisent successivement, et la vapeur obtenue est liquéfiée pour donner le distillat.
Le dispositif comprend un ballon à distiller chauffé, un thermomètre, et un réfrigérant à eau qui refroidit la vapeur pour la condenser ; le liquide recueilli à la sortie du réfrigérant est le distillat. Le mélange est chauffé jusqu’à l’évaporation ; la vapeur est conduite dans le réfrigérant où elle se liquéfie. La distillation permet ainsi de passer d’un mélange homogène à un corps pur : le distillat obtenu est un corps pur.
IV. Synthèse
La décantation sépare, sous l’effet de la gravité, des liquides non miscibles ou un solide insoluble en suspension. La filtration retient les particules solides (résidu) dans un filtre et laisse passer le liquide (filtrat). La distillation, basée sur des températures d’ébullition différentes, permet de passer d’un mélange homogène à un corps pur appelé distillat.
Exercice d’application
Exercice 1. Complète avec les mots suivants : filtration, décantation, filtrat, distillation. Lors de la ____, les particules solides les plus lourdes tombent au fond du récipient. Lors de la ____, les particules solides restent dans le filtre, le liquide obtenu est appelé le ____. La ____ d’un corps est utilisée pour passer d’un mélange homogène à un corps pur.
Exercice 2. Pour faire du thé, Sara ajoute des feuilles de thé dans de l’eau bouillante, puis verse le mélange dans un filtre posé dans un entonnoir. Le mélange initial (eau + feuilles) est-il homogène ou hétérogène ? Justifie ta réponse.
Exercice 3. Quel est le rôle du filtre dans l’expérience de l’exercice 2 ? La boisson obtenue est-elle un corps pur, un mélange homogène ou un mélange hétérogène ?
Exercice 4. François dispose d’un bocal contenant de l’eau boueuse et salée et souhaite séparer tous les constituants de ce mélange. Quelles expériences doit-il réaliser, dans quel ordre, et avec quels appareils ?
Exercice 5. Dans un montage de distillation, nomme le rôle du réfrigérant à eau et explique pourquoi le liquide recueilli à sa sortie (le distillat) est considéré comme un corps pur.
Corrigés
Corrigé 1. décantation ; filtration … filtrat ; distillation.
Corrigé 2. Le mélange eau + feuilles de thé est hétérogène : on distingue les feuilles (solides) dispersées dans l’eau à l’œil nu.
Corrigé 3. Le filtre retient les feuilles de thé (résidu) et laisse passer le liquide (filtrat). La boisson obtenue, sans particules visibles, est un mélange homogène (elle contient encore des substances dissoutes de l’infusion, donc ce n’est pas un corps pur).
Corrigé 4. Il doit d’abord réaliser une décantation puis une filtration pour éliminer la boue (résidu solide), obtenant ainsi de l’eau salée limpide (mélange homogène) ; il doit ensuite réaliser une distillation pour séparer l’eau du sel, en récupérant l’eau pure comme distillat (matériel : ampoule à décanter, entonnoir + papier filtre, ballon + thermomètre + réfrigérant à eau).
Corrigé 5. Le réfrigérant à eau refroidit la vapeur pour la condenser (liquéfaction). Le distillat est un corps pur car il ne contient qu’une seule espèce chimique vaporisée puis condensée, séparée des autres constituants du mélange homogène initial.
