Mélanges et solutions

Introduction

Autour de toi, la matière est rarement « pure ». L’eau du robinet, l’air, le jus d’orange, le lait… contiennent en réalité plusieurs substances mélangées ensemble.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre à reconnaître un mélange, à le décrire (homogène ou hétérogène), à comprendre comment un solide se dissout dans l’eau, et enfin à séparer les constituants d’un mélange.

I. Qu’est-ce qu’un mélange ?

Un mélange est constitué de plusieurs substances différentes. Quand une matière est formée d’une seule substance, on dit que c’est un corps pur (par exemple l’eau distillée, obtenue au laboratoire).

Dans ce chapitre, on décrit les mélanges tels qu’on les observe : leur aspect, leur couleur, le fait qu’on distingue ou non leurs constituants. On ne cherche pas encore à savoir « de quoi c’est fait à l’intérieur ».

Définition. Un mélange contient plusieurs substances. Un corps pur n’en contient qu’une seule.

II. Mélanges homogènes et hétérogènes

Pour classer un mélange, tu l’observes attentivement, à l’œil nu.

Le mélange hétérogène. Dans un mélange hétérogène, tu distingues les différents constituants à l’œil nu : tu vois plusieurs morceaux, plusieurs zones ou plusieurs couches.

• eau + sable : tu vois les grains de sable ;
• eau + huile : tu vois deux couches séparées ;
• jus d’orange avec pulpe, vinaigrette, eau boueuse.

Le mélange homogène. Dans un mélange homogène, tu ne distingues plus les constituants : le mélange a partout le même aspect. En le regardant, tu ne devines pas qu’il contient plusieurs substances.

• eau + sel (eau salée), eau + sucre (eau sucrée) ;
• eau + sirop de menthe, eau gazeuse, vinaigre.

À retenir. Hétérogène = on voit les constituants. Homogène = un seul aspect uniforme.

III. Mélanger deux liquides

Quand tu mélanges deux liquides, deux situations sont possibles :

• ils se mélangent complètement et forment un mélange homogène : ils sont miscibles (exemple : eau + sirop, eau + jus de citron) ;
• ils ne se mélangent pas et forment des couches séparées : ils sont non miscibles (exemple : eau + huile).

Même après avoir agité longtemps, deux liquides non miscibles finissent par se séparer à nouveau en couches : c’est ce que tu observes avec l’huile et l’eau.

Expérience 1 — Quels liquides se mélangent ?

• Matériel : 3 tubes à essai (ou verres transparents), eau, sirop, huile.
• Protocole : verse un peu d’eau dans chaque tube ; ajoute du sirop dans le premier, de l’huile dans le deuxième ; agite, puis laisse reposer et observe.
• Observation : eau + sirop donne un seul liquide coloré uniforme ; eau + huile donne deux couches, l’huile au-dessus.

Conclusion. L’eau et le sirop sont miscibles (mélange homogène) ; l’eau et l’huile sont non miscibles (mélange hétérogène).

IV. La dissolution

Quand tu mets du sel ou du sucre dans de l’eau et que tu remues, le solide disparaît : tu ne le vois plus. On dit qu’il s’est dissous dans l’eau. Le mélange obtenu est homogène : c’est une solution.

Un solide qui peut se dissoudre est soluble (le sel, le sucre). Un solide qui ne se dissout pas est insoluble (le sable).

Vocabulaire. Le soluté est la substance qui se dissout (le sel). Le solvant est le liquide qui dissout (l’eau). La solution est le mélange homogène obtenu (l’eau salée).

La saturation. Tu ne peux pas dissoudre une quantité infinie de sel dans l’eau. À partir d’une certaine quantité, le sel ne se dissout plus et reste au fond du verre : on dit alors que la solution est saturée.

La masse se conserve. Lors d’une dissolution, le sel ne disparaît pas vraiment : il est toujours présent, mais tu ne le vois plus. Si tu pèses avant et après, tu retrouves la même masse totale : c’est la conservation de la masse.

Expérience 2 — Dissolution, saturation et masse

• Matériel : un bécher, une balance, eau, sel fin, cuillère.
• Protocole : pèse 100 g d’eau dans le bécher, puis 20 g de sel à part ; verse le sel dans l’eau et remue jusqu’à dissolution complète ; pèse à nouveau l’ensemble ; continue d’ajouter du sel cuillère par cuillère jusqu’à ce qu’il reste au fond.
• Observation : le sel disparaît (la solution est homogène) ; la balance affiche 120 g (100 + 20) ; à la fin, le sel ne se dissout plus et se dépose au fond.

Conclusion. La masse se conserve lors d’une dissolution. Quand le sel ne se dissout plus, la solution est saturée.

V. Séparer les constituants d’un mélange

Selon le mélange, tu choisis une technique différente pour récupérer ses constituants.

La décantation. Si tu laisses reposer un mélange hétérogène, les constituants les plus lourds se déposent au fond : c’est la décantation. Il suffit ensuite de verser doucement le liquide clair du dessus pour le séparer du dépôt.

La filtration. La filtration sert à séparer un solide insoluble d’un liquide. Tu verses le mélange dans un entonnoir garni d’un papier filtre. Le liquide passe à travers : c’est le filtrat. Le solide reste sur le filtre : c’est le résidu.

L’évaporation. La filtration ne récupère pas un solide dissous (comme le sel), car il passe à travers le filtre avec l’eau. Pour le récupérer, tu utilises l’évaporation : on chauffe doucement la solution, l’eau s’évapore et le solide réapparaît au fond du récipient.

Expérience 3 — Filtrer, puis évaporer

• Matériel : entonnoir, papier filtre, béchers, eau, sable, sel.
• Protocole : prépare un mélange eau + sable + sel et filtre-le ; observe ce qui reste sur le filtre et ce qui passe ; dépose quelques gouttes du filtrat sur une coupelle et laisse l’eau s’évaporer.
• Observation : le sable reste sur le filtre ; le filtrat reste salé ; après évaporation, des cristaux de sel apparaissent.

Conclusion. La filtration retient le solide insoluble (le sable) ; l’évaporation récupère le solide dissous (le sel).

VI. Tableau récapitulatif des techniques

Technique	À quoi elle sert	Exemple
Décantation	Séparer un dépôt déposé au fond	eau + sable, eau + huile
Filtration	Retenir un solide insoluble	eau + sable
Évaporation	Récupérer un solide dissous	eau salée → sel

VII. L’eau est-elle vraiment pure ?

L’eau du robinet et l’eau minérale paraissent transparentes et homogènes. Pourtant, elles contiennent des substances dissoutes : ce sont des mélanges homogènes, et non de l’eau pure.

• L’étiquette d’une bouteille d’eau minérale indique les substances dissoutes (calcium, magnésium…).
• Une eau pure ne contient qu’une seule substance : l’eau. On l’obtient au laboratoire (eau distillée).

Le sais-tu ? Une eau limpide n’est pas forcément pure : si elle contient des substances dissoutes, c’est un mélange homogène.

L’essentiel à retenir

À retenir. Un mélange contient plusieurs substances.

• Un mélange est homogène si on ne distingue pas ses constituants, hétérogène si on les distingue.
• Deux liquides sont miscibles s’ils se mélangent, non miscibles s’ils forment des couches.
• Lors d’une dissolution, un solide soluble disparaît dans un solvant et forme une solution ; au-delà d’une certaine quantité, la solution est saturée. La masse se conserve.
• Pour séparer un mélange : décantation, filtration (solide insoluble) ou évaporation (solide dissous).

Exercices

Exercice 1 — Vrai ou faux

Pour chaque affirmation, réponds par vrai ou faux et justifie ta réponse :

1. Dans un mélange homogène, on voit les constituants.
2. L’eau et l’huile sont deux liquides miscibles.
3. Le sel est soluble dans l’eau.
4. Lors d’une dissolution, la masse diminue.

Exercice 2 — Classer des mélanges

Recopie et complète le tableau en plaçant chaque mélange dans la bonne colonne (homogène ou hétérogène) :

eau salée — eau + sable — sirop à l’eau — vinaigrette — eau gazeuse — jus d’orange avec pulpe.

Exercice 3 — Le bon mot

On dissout du sucre dans de l’eau. Complète avec soluté, solvant ou solution :

1. Le sucre est le ………
2. L’eau est le ………
3. L’eau sucrée est une ………

Exercice 4 — Quelle technique de séparation ?

Pour chaque situation, indique la technique la plus adaptée (décantation, filtration ou évaporation) :

1. Séparer le sable de l’eau.
2. Récupérer le sel dissous dans de l’eau salée.
3. Séparer l’huile de l’eau.

Exercice 5 — Petit problème : la masse

Léa dissout 30 g de sucre dans 150 g d’eau et obtient une eau sucrée.

1. Le mélange est-il homogène ou hétérogène ?
2. Quelle est la masse de la solution obtenue ? Justifie ta réponse.

Corrigés

Corrigé de l’exercice 1

1. Faux. Dans un mélange homogène, on ne distingue pas les constituants.
2. Faux. L’eau et l’huile sont non miscibles : elles forment deux couches.
3. Vrai. Le sel se dissout dans l’eau : il est soluble.
4. Faux. La masse se conserve : elle ne change pas.

Corrigé de l’exercice 2

Mélange homogène	Mélange hétérogène
eau salée, sirop à l’eau, eau gazeuse	eau + sable, vinaigrette, jus d’orange avec pulpe

Repère : si on distingue plusieurs constituants ou plusieurs couches, le mélange est hétérogène.

Corrigé de l’exercice 3

1. Le sucre est le soluté.
2. L’eau est le solvant.
3. L’eau sucrée est une solution.

Corrigé de l’exercice 4

1. Filtration (le sable est insoluble, il reste sur le filtre). On peut aussi décanter d’abord.
2. Évaporation : on chauffe, l’eau s’évapore, le sel réapparaît.
3. Décantation : l’eau et l’huile ne sont pas miscibles ; on laisse reposer puis on sépare les deux couches.

Corrigé de l’exercice 5

1. Le mélange est homogène : le sucre se dissout, c’est une solution.
2. La masse se conserve lors d’une dissolution, donc : 150 g + 30 g = 180 g.