Séparation des solutions de mélanges

Que sont les mélanges et les solutions ?

Les mélanges et les solutions contiennent plusieurs composants, contrairement aux substances pures qui n'en contiennent qu'un seul.

En outre, les substances d'un mélange conservent leur forme initiale au lieu de subir une réaction chimique. Remarque que les réactions chimiques se mélangent pour former de nouvelles substances en tant que produits. Par exemple, l'eau est une substance pure (pas un mélange ou une réaction). Cependant, elle peut être combinée à d'autres produits chimiques pour former un mélange, une solution ou une réaction.

On peut combiner de l'eau avec du bicarbonate de soude, qui va pétiller et subir une réaction chimique pour former du dioxyde de carbone. L'eau peut également être combinée avec du citron et du sucre pour faire de la limonade. Alors que l'eau et le bicarbonate de soude ont réagi pour former une nouvelle substance, le mélange d'eau, de citron et de sucre conserve ses composants chimiques individuels. Ils ne réagissent pas pour créer une nouvelle substance chimique ; ils se mélangent simplement pour donner une boisson savoureuse.

Mais la limonade est-elle un mélange ou une solution ? En fait, c'est les deux à la fois ! Plongeons un peu plus profondément pour comprendre pourquoi.

Signification des mélanges et des solutions

Nous avons vu précédemment que les mélanges physiques sont constitués de deux substances ou plus qui conservent leurs propriétés chimiques d'origine après avoir été mélangées. Cela signifie qu'aucune réaction chimique ne se produit entre les composants d'un mélange et qu'aucune nouvelle substance ne se forme. Les composants n'interagissent pas fortement au niveau moléculaire, ils existent simplement ensemble en tant que mélange.

Il existe deux types de mélanges différents : les mélanges homogènes et les mélanges hétérogènes.

Par exemple, la limonade est un mélange homogène parce que le citron et le sucre se mélangent à l'eau pour former la limonade.

Bien que la limonade soit formée de trois substances différentes, elles se mélangent et ne font qu'un.

Cependant, si nous ajoutons du sable à l'eau, il ne se dissoudra pas. Les deux substances seront toujours mélangées, mais le sable se distinguera nettement de l'eau.

Un mélange homogène se mélange entièrement pour former un mélange uniforme comme l'air et le jus. En revanche, un mélange hétérogène forme des parties nettement distinctes, comme la glace dans un soda et la vinaigrette dans une salade.

Les différentes substances se mélangent pour former un mélange uniforme qui, visuellement, semble n'être qu'une seule chose.

Cependant, les substances ne se lient pas entre elles pour subir une réaction chimique, elles se dissolvent simplement pour former une solution homogène.

Dans l'exemple de la limonade, le sucre et le jus de citron sont tous deux des solutés (les composants de la solution qui sont dissous), et l'eau est le solvant (le composant de la solution qui dissout les solutés).

Le soluté est généralement le solide impliqué dans la réaction. Le solvant est ce dans quoi le soluté se dissout, et ensemble, ils forment une solution.

Exemples et propriétés des mélanges et des solutions

Comme nous l'avons vu précédemment, les mélanges conservent leurs propriétés chimiques d'origine après avoir été mélangés.

Les solutions conservent également leurs propriétés chimiques d'origine après avoir été mélangées, mais elles sont toujours entièrement homogènes et contiennent des solutés dissous dans des solvants.

Dans les réactions, en revanche, les substances sont mélangées et entraînent une modification des propriétés chimiques. Examinons quelques exemples et leurs propriétés pour y voir plus clair.

Mélanges hétérogènes

Par exemple, lorsque nous combinons un mélange d'eau \(H_2O\) et de benzène \(C_6H_6\), nous pouvons mélanger les substances dans un récipient, mais elles ne réagissent pas.

Nous pouvons les verser toutes les deux dans le même récipient et les agiter.

Cependant, les molécules de benzène s'agrègent entre elles, ce qui entraîne la séparation du solvant organique de l'eau aqueuse, et il y a une séparation notable des deux couches dans ce mélange hétérogène.

Cela fonctionne aussi bien pour les liquides que pour les solides. Par exemple, l'hydroxyde d'aluminium (AlOH) est un solide qui ne se dissout pas dans l'eau. Nous pouvons mélanger \(AlOH\) et l'eau dans le même récipient et les agiter pour les mélanger. Cependant, le mélange hétérogène aura des composants solides et liquides nettement séparés.

Mélanges homogènes

Nous pouvons également créer un mélange homogène d'hexanes et d'acétate d'éthyle.

Ces deux solvants organiques se mélangent pour former une couche.

Bien qu'ils ne réagissent pas pour former un nouveau produit, ils sont mélangés de telle sorte qu'ils semblent ne former qu'un seul liquide.

Cependant, ce mélange homogène d'hexanes et d'acétate d'éthyle n'est pas considéré comme une solution car il ne contient pas de soluté, mais plutôt deux solvants.

Les solutions

Les solutions sont des mélanges homogènes qui contiennent des solutés et des solvants.

Par exemple, si nous mélangeons du sel de table (chlorure de sodium, \N(NaCl\N)) dans de l'eau, le \N(NaCl\N) se dissoudra dans l'eau. Le \N(NaCl\N) serait le soluté et l'eau serait le solvant.

Bien qu'ils forment un mélange homogène, ils ne réagissent pas. Les deux composants peuvent être séparés en leurs composants originaux et inchangés à l'aide des techniques de séparation discutées ci-dessous.

Réactions

Contrairement aux mélanges et aux solutions, les réactions entraînent un changement des propriétés chimiques après le mélange de deux substances.

Par exemple, lorsque nous mélangeons du sodium (Na) et du chlore (Cl), les substances subissent une réaction pour former du chlorure de sodium (NaCl), ou sel de table. Une réaction s'est produite entre le (Na) et le (Cl) pour former le produit (NaCl), et le produit ne peut pas être séparé en ses composants d'origine avec des techniques de séparation.

Techniques de séparation des mélanges, des solutions et des solutions de mélanges

Il existe différentes techniques qui peuvent être utilisées pour séparer les mélanges et les solutions en fonction de leurs constituants.

Par exemple, la filtration peut être utilisée pour séparer des mélanges hétérogènes.

• Un mélange de \N(AlOH\N) dans l'eau, que nous avons déterminé comme étant hétérogène puisque le \N(AlOH\N) ne se dissout pas, peut être passé à travers un filtre, ce qui fait que l'eau passe à travers le filtre et que le \N(AlOH\N) est attrapé par le filtre, les séparant ainsi l'un de l'autre.

• La filtration ne peut pas être utilisée pour les solutions parce qu'elles sont uniformes et que la solution entière passera à travers le filtre sans être séparée.

Les changements de phase comme l'évaporation peuvent également être utilisés pour séparer les mélanges et les solutions.

• Par exemple, on peut faire bouillir un mélange de sable et d'eau.

• L'eau se transforme alors en vapeur et le sable reste sur place. Il en va de même pour une solution de \(NaCl\) dans l'eau.

La distillation est une technique de séparation par changement de phase similaire à l'ébullition, utilisée uniquement pour les solutions.

• Avec la distillation, un composé volatil peut être séparé du solvant en chauffant la solution pour la vaporiser, puis en la refroidissant pour la ramener à l'état liquide et la recueillir séparément des autres constituants.

• Le composé s'évaporera à une température différente de celle du solvant et sera recueilli séparément.

Lachromatographie est une autre technique de séparation des solutions.

• Dans cette technique, la solution se déplace à travers un gel de silice et est dissoute avec différents solvants. Les solvants sont utilisés pour transporter les solutés à travers le gel de silice, mais les solutés se déplacent à travers le gel de silice à des vitesses différentes.

• Cela permet aux solutés de se détacher du gel à des moments différents pour les collecter séparément et les purifier les uns des autres.

• Le type de solvant utilisé pour la séparation dépend de la polarité et est déterminé par la chromatographie sur couche mince. Il s'agit d'une fine plaque de gel de silice qui ressemble à la chromatographie sur colonne à plus petite échelle.

Tout cela peut se résumer ainsi :

Figure 3 : Méthodes courantes de séparation des mélanges. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

La chromatographie, la filtration, la distillation et l'évaporation sont des méthodes courantes de séparation des mélanges et des solutions, comme le montre la figure 3 ci-dessus.