Définition

On définit un mélange comme une association de plusieurs substances qui soient solide, liquides ou encore gazeuses mais qui n'ont aucune interaction chimique entre elles.

On oppose les mélanges aux corps purs qui eux sont constitués d'un seul élément.

Il est toujours possible de diviser et d'extraire les corps purs des mélanges grâce à différents procédés cités ci-dessous.

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Mélanges et corps purs

La plupart des mélanges auxquels nous sommes confrontés dans la vie de tous les jours sont les mélanges aqueux. On y retrouve les sirops, les osdas, les vins mais encore les savons, les solutions médicales et bien d'autres.

Mélange aqueux

Définition

Un mélange aqueux est un mélange qui contient de l'eau.

Exemples

Ce sont les mélanges que nous rencontrons le plus souvent dans notre quotidien. Les sodas sont tous des mélanges aqueux, les savons ou encore l'eau de la vaisselle. Chaque mélange qui contient une part d'eau est un mélange aqueux.

Mélange homogène

Définition

Un mélange homogène est un mélange dont on ne peut pas distinguer plusieurs constituant a l’œil nu.

La plupart du temps, c'est parce que les composants sont miscibles entre eux.

On dit de deux éléments qu'ils sont miscibles quand

Exemples

De nombreux mélanges homogènes peuplent notre quotidien : le jus de fruit, le lait, le savon, l'eau de javel ou encore le sang sont des mélanges qui contiennent énormément de composants mais nous ne sommes pas capables de les distinguer lorsque nous les voyons.

Mélange hétérogène

Définition

Un mélange hétérogène est un mélange dont on peut distinguer plusieurs constituant à l’œil nu. On entend par là tout mélange dans lequel plusieurs phases apparaissent.

Exemples

Tous les mélanges qui sont constitués de plusieurs composants sont hétérogènes. On y retrouve par exemple les jus de fruits à pulpe, la vinaigrette ou encore l'eau boueuse ou l'eau grasse.

Les particules en suspension

Définition

Des particules en suspension dans une liquide sont des petits éléments solides dispersés dans un liquide. Ceux-ci ne se dissolvent pas car ils ne sont pas miscibles dans l'eau.

Exemples

On retrouve dans cette catégorie l'eau de mer avec du sable ou sablonneuse, le marc de café, le jus de fruit avec pulpe, ainsi que tous les mélanges dans lesquels il y a des grains en suspension.

Les corps purs

Définition

Un corps pur est une substance et qui n'est pas un mélange. Il n'est constitué que d'un seul élément.

Exemple

Malgré leur apparence homogène, certains éléments ne sont pas des corps purs. Par exemple, l'eau minérale pourrait sembler être un corps pur mais n'en est pas un : elle détient en son sein des sels minéraux. L'eau déminéralisée est quant à elle un corps pur puisqu'elle ne contient que des molécules d'eau.

Techniques de séparation des constituants de mélanges aqueux

La décantation

De plus en plus de villes ne rejettent leurs eaux usées dans le tout à l'égout. Ce type d'assainissement va forcément de paire avec des stations d'épuration. Leur rôle est de purifier les eaux usées sales afin que l'on puisse les renvoyer à la nature sans problème. C'est pourquoi les stations d’épuration disposent de très grands bassins dans lesquels on laisse reposer les eaux usées sales en attendant que les saletés se déposent au fond. On aspire ensuit l'eau débarrassée de ces éléments toxiques. Elle continue ainsi son cheminement parmi différents filtres mécaniques ou biologiques et finit sa course dans un cours d'eau ou rejetée pour atteindre les nappes phréatiques.

Il s'agit d'une opération de séparation mécanique de plusieurs phases dont au moins une est liquide.

Elle consiste à laisser reposer un mélange hétérogène pour que les constituants les plus lourds, qui sont en suspension, se déposent au fond du récipient (des morceaux de pulpe de fruits, des gouttes de vinaigre dans une vinaigrette...). On peut alors récupérer le liquide au dessus du dépôt.

On utilise pour cela un ustensile de chimie : l'ampoule à décanter.

Une des plus grandes application de la décantation est celle que l'on retrouve dans les stations d'épurations. En effet, l'un des composants de ces dernières est le bassin de décantation. Dans ces cuves gigantesques, on fait stagner les boues qui descendent au fond tandis que les graisses remontent en surface. On peut alors extraire les composantes indésirables et retraiter l'eau claire.

La filtration

La filtration est un procédé de séparation qui permet de séparer des constituants liquides et solides d'un mélange hétérogène.

Elle consiste à faire passer à travers un filtre un mélange hétérogène contenant des particule en suspension. Ces particules sont alors retenues par le filtre. On recueille après filtration un mélange homogène appelé filtrat ainsi que dans le filtre des particules appelées résidus.

Il existe deux types de filtration : la filtration frontale et la filtration tangentielle.

Ce tableau récapitule les différentes dénominations des filtrations en fonction des dimensions des pores :

NomTaille des pores
Filtration clarifianteEntre 10 µm et 450 µm
Micro-filtrationEntre 10 nm et et 10 µm
Ultra-filtrationEntre 1 mm et 20 nm
Osmose inverseEntre 0,1 nm et 1 nm
Filtration stérilisanteInférieure à 220 nm

Filtration frontale

La filtration frontale est la méthode de filtration la plus utilisée. C'est par exemple celle que l'on utilise dans une cafetière à filtre. On y insère le mélange à filtrer perpendiculairement au filtre. Il retient alors toutes les particules en laissant passer le liquide. L'inconvénient de ce système est que si trop de particules sont présentes dans le filtre il est possible que le filtre soit saturé et ne fonctionne plus.

Filtration tangentielle

Cette filtration permet de faire passer un fluide à la surface du filtre. Dans ce cas de figure, il s'agit de la pression du liquide qui lui permet de traverser le filtre. Les particules restent alors dans le flux, ce qui diminue le risque de colmatage du filtre. On utilise cette méthode pour filtrer des particules de petite taille, comprenant des tailles du micromètre jusqu'au nanomètre.

La distillation

La distillation est une méthode de séparation de mélange homogène composé d'éléments liquides et dont les températures d'ébullition sont différentes.

Elle permet également de séparer l'eau des autres constituants d'un mélange homogène.

Son fonctionnement est simple. Le liquide est chauffé jusqu'à ébullition. Au contact d'une paroi refroidie que l'on appelle le réfrigérant, la vapeur d'eau formée se transforme en eau liquide. Les gouttelettes sont recueillies et on obtient un distillat qui est de l'eau. L'eau distillée ne contient que de l'eau, c'est donc une eau pure.

On utilise aussi la distillation pour la confection de boissons à base d'alcool comme les liqueurs ou encore pour fabriquer des parfums et récupérer des essences naturelles.

Dans le monde industriel, la distillation sert à préparer des dérivés du pétrole tels que de l'essence, du gasoil, du kérosène ou encore du mazout.

Il existe trois types de distillations :

La distillation discontinue

Une distillation distillation discontinue est une distillation lors de laquelle on insère le mélange à séparer puis l'on chauffe à différentes températures pour séparer un à un les composants. Ce type de distillation peut subir des modifications du mélange à distiller ou des modifications de la température.

La distillation continue

La distillation continue est une distillation lors de laquelle on alimente en continue avec du mélange à séparer. On ne touche pas à la température de l’appareil cependant.

La distillation sous vide

Dans la distillation sous vide, on utilise une pompe à vide afin d'abaisser la pression ambiante pour réaliser la distillation. On utilise cette méthode lorsque les produits à distiller sont trop volatils à la pression ambiante. Cela permet donc de réduire leur point d'ébullition.

Le point d’ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux

On utilise des alambic comme celui-ci pour distiller des alcools forts comme les liqueurs et les spiritueux. La distillation est une technique très ancienne que l'Homme maîtrise depuis de très nombreuses années.

La chromatographie

La chromatographie est une technique que l'on utilise pour séparer des mélanges homogènes en phases liquides ou gazeuses.

Elle permet de séparer les colorants d'un mélange homogène coloré. Un liquide appelé éluant (cela peut être de l'eau par exemple) entraîne les colorants du mélange sur un filtre à des des vitesse différentes ; ils sont ainsi séparés.

Selon la vitesse de séparation du mélange, on peut identifier les espèces et ainsi les reconnaître.

La centrifugation

Cette technique permet, tout comme la décantation, de séparer des composants des mélange homogène composé de partis solides et liquides. La centrifugation est par ailleurs plus rapide que la décantation.

Il s'agit d'une méthode utilisée très régulièrement en médecine analytique lors de la réalisation de prélèvement sanguins.

Son principe est de mettre ne rotation très rapide le mélange afin d’expulser les parties de masses différentes.

C'est le cas de l'essoreuse à salade.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.