La matière peut être divisée en deux parties différentes, puis décomposée à leur tour. La première partie est constituée par les substances pures, c'est-à-dire les éléments et les composés.
L'autre partie de la matière, dont on ne parle pas beaucoup, est constituée par les mélanges, avec des sous-catégories de mélanges homogènes et hétérogènes.
Les constituants des mélanges pourront être séparés par plusieurs techniques telles que la filtration et la décantation.
Connaître la composition des espèces dans un mélange hétérogène est également important pour les chimistes ! Dans ce résumé de cours, nous allons nous plonger dans le concept des mélanges hétérogène, et apprendre comment reconnaître sa composition.
- Ce résumé de cours porte sur les mélanges hétérogènes.
- Tout d'abord, nous allons définir ce qu'est un mélange.
- Ensuite, nous étudierons les mélanges hétérogènes et leurs deux types particuliers : les colloïdes et les suspensions.
- Enfin, nous découvrirons différentes méthodes de séparation des mélanges hétérogènes.
C'est quoi un mélange ?
Un mélange est une substance qui se forme en combinant deux ou plusieurs autres substances. Ce processus est un changement physique, et non chimique, de sorte que chaque composant conserve ses propriétés d'origine.
Il existe deux types de mélanges. Ce sont :
La principale différence entre ces deux types est la répartition des composants au sein du mélange.
Les mélanges sont différents des corps purs composés, car les composés sont formés chimiquement, alors que les mélanges sont formés physiquement.
En outre, les mélanges peuvent être constitués à la fois de composés et d'éléments, tandis que les composés ne peuvent être constitués que d'éléments.
C'est quoi un mélange hétérogène ?
Le mélange hétérogène est un mélange de substances dont les composants individuels, également appelés phases, peuvent encore être clairement distingués les uns des autres.
Un mélange hétérogène est composé d'au moins deux phases, mais il n'y a pas de limite maximale.
Une phase est une partie d'un échantillon qui présente une composition et des caractéristiques uniformes.
Mélange hétérogène : Exemple
L'huile et l'eau ne se mélangent pas. Si tu verses de l'huile dans un verre d'eau, l'huile flottera au-dessus. Chacun de ces éléments est une phase claire et nous pouvons facilement les distinguer. Tous les mélanges de liquides non miscibles (qui ne se mélangent pas) sont hétérogènes.
Les particules hétérogènes ne sont pas réparties uniformément, comme le montre l'illustration ci-dessous.
Fig.1- Différents mélanges hétérogènes.
Le mélange d'huile et d'eau ressemblerait à l'exemple de droite. Si je coupe ces deux échantillons en plusieurs morceaux, chaque morceau présentera une composition différente, ce qui explique qu'ils soient hétérogènes.
Il existe deux types particuliers de mélanges hétérogènes :
- Les colloïdes ;
- Suspension.
Colloïdes
Les colloïdes sont un mélange dans lequel de petites particules insolubles sont en suspension dans une autre substance.
Selon l'état des particules en suspension et la substance dans laquelle elles sont en suspension, les colloïdes peuvent présenter différents noms :
| État | État des particules | Exemple |
| solide | particules solides dans un liquide | Peintures : particules de pigment dans l'eau |
| Émulsion | particules liquides dans un liquide | Huile dans l'eau |
| Mousse | particules de gaz dans un liquide/solide | bulles de savon |
| Aérosol | particules liquides/solides dans un gaz | Fumée : suie dans du dioxyde de carbone |
Suspensions
Les suspensions sont un mélange dans lequel de grosses particules insolubles sont en suspension dans une autre substance, mais finissent par se déposer.
La farine dans l'eau est un exemple de suspension.
Lorsqu'on la remue pour la première fois, les particules de farine sont en suspension dans l'eau. Cependant, au bout d'un certain cours, la farine va couler au fond.
Bien que les colloïdes et les suspensions puissent ressembler à des solutions, ils sont différents. Il existe deux différences principales. La première est que les colloïdes/suspensions présentent deux phases, puisque les particules sont insolubles, alors que les solutions ne présentent qu'une seule phase, car les particules sont solubles.
La deuxième différence est la taille des particules, comme indiqué ci-dessous.
Fig.2- Différentes tailles de particules pour différents types de mélanges
Les particules d'une solution sont des molécules/ions individuels, alors qu'elles sont beaucoup plus grosses dans les colloïdes et les suspensions.
Effet Tyndall
La taille de ces particules a également une incidence sur la façon dont la lumière interagit avec elles, ce que l'on appelle l'effet Tyndall.
Lorsque la lumière traverse un colloïde ou une suspension, les particules dévient la lumière et la diffusent. C'est ce qu'on appelle l'effet Tyndall.
Voici à quoi cela ressemble :
Fig.3- L'effet Tyndall
En fait, les particules de lumière (photons) rebondissent sur les particules du colloïde ou de la suspension et sont donc visibles. En revanche, les particules d'une solution ne sont pas assez grosses pour provoquer cet effet, et la lumière n'est donc pas visible.
Séparation des mélanges : Constituants
Maintenant que tu as refait brièvement connaissance avec les différents mélanges, tu peux commencer par les différentes méthodes de séparation pour les mélanges hétérogènes de substances dans l'ordre dans lequel elles ont été réalisées.
Triage
La première méthode que tu vas apprendre est certainement la plus simple en chimie. Ici, les mélanges de phases solides sont séparés en fonction de différences clairement reconnaissables. Cette opération peut être effectuée à la main, mais elle est de plus en plus automatisée.
Les critères de tri peuvent inclure la taille des particules (pour le tamisage) ou les propriétés magnétiques (pour le triage magnétique) des différentes substances.
Les procédés de séparation électrostatique sont souvent utilisés pour les sels. Les différentes particules sont chargées différemment et sont attirées par des plaques métalliques des deux côtés en fonction des pôles. De cette manière, même des particules très fines peuvent être séparées les unes des autres.
Les procédés de séparation électrostatique fonctionnent avec des pôles chargés électriquement qui attirent les ions de sel respectifs. N'oublie pas que les charges positives et négatives s'attirent toujours.
Décantation
En chimie, les suspensions sont principalement séparées à l'aide de cette méthode de séparation. Dans certains cas, les émulsions peuvent également être séparées de cette manière. Généralement, cette méthode utilise également la gravité, comme c'est le cas pour la décantation du vin. Le but de la décantation du vin rouge est de séparer les substances qui se sont formées pendant le stockage dans le tonneau en bois et qui présentent un impact négatif sur le goût.
Centrifugation
Une centrifugeuse est souvent utilisée pour accélérer la sédimentation. Les solides ou les liquides sont ainsi déposés beaucoup plus rapidement et plus efficacement.
Sédimentation
La sédimentation est le processus physique de dépôt de solides dans une phase liquide en raison de densités différentes.
Dans le cas des suspensions, le liquide est ensuite décanté. Le mot décanter vient du français et signifie "verser par le bord".
Les émulsions doivent ensuite être transférées dans une ampoule à décanter pour être séparées afin d'éviter que les liquides ne se mélangent à nouveau.
Filtration
La troisième méthode de séparation que tu dois connaître brièvement est la filtration des solides à partir de liquides ou de gaz. Le papier filtre est généralement utilisé pour la filtration proprement dite.
Un papier filtre est placé dans un entonnoir, et le mélange est versé dessus. Les particules solides seront retenues par le filtre, tandis que le liquide passera aux travers liquides issus de solides insolubles.
Cependant, ce procédé de séparation est aussi régulièrement utilisé dans la vie quotidienne. Tu as peut-être présenté des cerises acides pour faire un gâteau. D'un point de vue chimique, la filtration vient d'avoir lieu, car elle présente la phase solide, c'est-à-dire les cerises acides, de la phase liquide, le jus de cerise.
Ce processus de séparation peut être accéléré par une pression négative. Dans ce cas, on utilise en laboratoire une bouteille d'aspiration avec un entonnoir de Büchner. La connexion à la bouteille d'aspiration est prévue pour la pression négative.
Extraction
En tant que méthode de séparation, l'extraction est basée sur le comportement de solubilité de deux substances. On ajoute un solvant dans lequel une seule des deux substances se dissout. Les mélanges de solides sont ensuite sédimentés et décantés ou filtrés. Le solvant peut ensuite être séparé du soluté par évaporation.
Par exemple, si tu as présenté du sel avec des herbes comme le romarin et que tu veux séparer à nouveau les deux substances, tu peux simplement ajouter de l'eau comme solvant.
Les herbes sont ensuite séparées de la solution à l'aide d'une passoire à thé ou d'un dispositif similaire. En théorie, tu peux toujours laisser l'eau s'évaporer pour récupérer le sel. Entre-temps, tu peux faire sécher tes herbes.
Le comportement de solubilité t'indique de quelle façon une substance peut être dissoute dans un certain solvant.
Mélanges hétérogènes - points clés
- Un mélange est une substance qui se forme en combinant deux ou plusieurs autres substances.
- Dans un mélange hétérogène, la composition n'est pas uniforme et il existe des phases claires et distinctes.
- Les colloïdes sont un mélange où de petites particules insolubles sont en suspension dans une autre substance.
- Les suspensions sont un mélange dans lequel de grandes particules insolubles sont en suspension dans une autre substance, mais finissent par se déposer.
- Lorsque la lumière traverse un colloïde ou une suspension, les particules dévient la lumière et la diffusent. C'est ce qu'on appelle l'effet Tyndall.
- Il existe plusieurs techniques pour séparer des constituants des mélanges : filtration et décantation à l'aide d'une ampoule à décanter.
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