Trier les Mélanges : La Décantation
Contexte : Préparer une vinaigrette et comprendre pourquoi elle se sépare.
En cuisine, lorsque l'on mélange de l'huile et du vinaigre, on obtient un liquide trouble : c'est une ÉmulsionMélange de deux liquides non miscibles, sous forme de gouttelettes.. Si on laisse reposer ce mélange, on observe que les deux liquides se séparent naturellement. Ce procédé s'appelle la DécantationTechnique de séparation basée sur la différence de densité.. Nous allons étudier ce phénomène et calculer les masses récupérées.
Remarque Pédagogique : Cet exercice permet de comprendre la notion de liquides non miscibles (qui ne se mélangent pas) et d'appliquer des calculs simples de masse (soustraction). C'est une compétence clé du cycle 3.
Objectifs Pédagogiques
- Identifier les composants d'un mélange hétérogène.
- Comprendre le principe de la décantation (liquide le plus lourd au fond).
- Calculer la masse d'un liquide par différence.
Données de l'expérience
Nous disposons d'un bécher vide. Nous y versons du vinaigre, puis de l'huile. Nous agitons le tout, puis nous laissons reposer.
Relevé des mesures
| Objet / Substance | Masse mesurée |
|---|---|
| Bécher vide | 120 \(\text{g}\) |
| Bécher + Vinaigre | 170 \(\text{g}\) |
| Bécher + Vinaigre + Huile (Total) | 210 \(\text{g}\) |
Schéma de l'expérience (Avant repos)
| Grandeur Physique | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse Totale | \(m_{\text{total}}\) | 210 | \(\text{g}\) |
| Volume Huile | \(V_{\text{huile}}\) | 45 | \(\text{mL}\) |
Questions à traiter
- Observer : Après décantation, quel liquide se trouve au-dessus ?
- Calculer : Quelle est la masse du vinaigre versé ?
- Calculer : Quelle est la masse de l'huile ajoutée ?
- Conclure : Le mélange est-il homogène ou hétérogène ?
Les bases théoriques
Pour comprendre la décantation, il faut connaître deux notions importantes : la MiscibilitéCapacité de deux liquides à former un mélange homogène. et la densité (ou masse au volume).
Principe 1 : La Miscibilité
Deux liquides sont miscibles s'ils se mélangent parfaitement (eau + sirop). S'ils forment deux couches distinctes, ils sont non miscibles (eau + huile).
Principe 2 : La Densité (Flottabilité)
Le liquide le plus léger (celui qui a la masse volumique la plus faible) flotte sur le liquide le plus lourd.
Comparaison
Pour un même volume, l'huile est plus légère que le vinaigre (qui contient beaucoup d'eau). L'huile surnage.
Principe 3 : Conservation de la masse
Lors d'un mélange, la masse ne change pas.
Additivité des masses
Correction : Trier les Mélanges : La Décantation
Question 1 : Observation des couches
Principe
Lorsque nous laissons reposer un mélange de liquides non miscibles (qui ne se mélangent pas), ils se séparent naturellement sous l'effet de la gravité. Ce processus s'appelle la décantation. Le liquide le plus dense (le plus "lourd" pour un même volume) tombe au fond, tandis que le liquide le moins dense (le plus "léger") remonte à la surface.
Mini-Cours
La Densité : Imaginez un bouchon en liège et un caillou de la même taille. Le liège flotte sur l'eau car il est moins dense. Le caillou coule car il est plus dense. C'est pareil pour les liquides : l'huile a une densité d'environ 0,9 (plus légère que l'eau) alors que le vinaigre (base aqueuse) a une densité proche de 1,0.
Remarque Pédagogique
Il est important de laisser le mélange au repos complet (sans bouger le récipient) pour que la séparation soit nette. Si on agite encore, les gouttelettes d'huile se dispersent à nouveau dans le vinaigre.
Normes
En laboratoire professionnel, on utilise une verrerie spécifique appelée ampoule à décanter. Elle possède un robinet en bas qui permet de faire couler le liquide le plus lourd et de garder le plus léger.
Formule(s)
La règle physique est simple :
Hypothèses
Nous supposons que la température est ambiante (environ 20°C). Si on chauffait très fort, les densités pourraient changer légèrement, mais l'huile resterait au-dessus.
Donnée(s)
| Liquide | Densité approx. | Position |
|---|---|---|
| Huile | 0.9 | Haut (Surnage) |
| Vinaigre | 1.0 | Bas (Coule) |
Astuces
Moyen mnémotechnique : "Le gras, c'est léger !". Pensez à la crème qui flotte sur le lait frais, ou au gras qui flotte à la surface d'un bouillon.
Situation Initiale (Mélange)
Calcul(s)
Aucun calcul n'est nécessaire pour cette question qui est basée sur l'observation visuelle et la connaissance des propriétés physiques des liquides.
Schéma (Après repos)
Réflexions
On observe nettement la séparation des phases. L'interface (la ligne de séparation) est horizontale. L'huile forme la phase supérieure.
Points de vigilance
Ne dites jamais "l'huile est plus lourde" ou "plus légère" sans préciser "pour le même volume". 1 tonne d'huile est plus lourde qu'1 gramme d'eau ! Parlez toujours de densité ou de masse volumique.
Points à Retenir
Dans un mélange de liquides non miscibles, celui qui a la densité la plus faible se place toujours au-dessus.
Le saviez-vous ?
Les marées noires flottent sur l'océan car le pétrole brut est moins dense que l'eau de mer. Si le pétrole était plus lourd, il coulerait au fond et serait invisible en surface !
FAQ
Est-ce que ça se mélange si on chauffe ?
Chauffer peut aider à mélanger certains liquides (comme le sucre dans l'eau), mais pour l'huile et l'eau, la chaleur ne les rend pas miscibles. Au contraire, la chaleur augmente l'agitation des molécules et peut accélérer la séparation.
A vous de jouer
Si je verse de l'eau (densité 1.0) et du mercure (métal liquide, densité 13.6) dans un verre, lequel va flotter ?
📝 Mémo
Huile = Haut (Moins dense).
Question 2 : Calcul de la masse du vinaigre
Principe
Pour mesurer la masse d'un liquide, on ne peut pas le poser directement sur la balance (il coulerait !). On doit utiliser un récipient. La balance affiche donc la masse totale : celle du récipient PLUS celle du liquide. Pour connaître la masse du liquide seul (la masse nette), il faut soustraire la masse du récipient vide.
Mini-Cours
La Tare : C'est le terme technique pour désigner la masse du récipient vide. Sur les balances de cuisine ou de laboratoire, le bouton "TARE" permet de remettre le compteur à zéro une fois le récipient posé. Ici, nous faisons le calcul "à la main" par soustraction.
Remarque Pédagogique
Imaginez que vous vous pesez en tenant votre chat. Pour connaître le poids du chat, vous devez faire : (Poids Total avec chat) - (Votre poids seul).
Normes
En physique-chimie, la masse se note souvent \(m\). L'unité officielle internationale est le kilogramme (kg), mais pour les petites expériences de chimie, le gramme (g) est toléré et plus pratique.
Formule(s)
Formules utilisées
Calcul de la masse nette
Hypothèses
On considère que la balance est fiable et qu'aucune goutte de vinaigre n'est tombée à côté du bécher lors du remplissage.
Donnée(s)
| Objet | Rôle | Masse (g) |
|---|---|---|
| Bécher vide | Tare (contenant) | 120 |
| Bécher + Vinaigre | Masse Brute (total) | 170 |
Astuces
Vérifiez toujours votre résultat : le liquide (une partie) doit être plus léger que le tout (l'ensemble). Si vous trouvez une masse de vinaigre supérieure à 170g, il y a une erreur !
Situation Initiale (Bécher Vide)
Calcul(s)
Calcul Principal
Étape 1 : Identification des valeurs
D'après le tableau de données, nous avons relevé deux masses distinctes sur la balance :
- La masse totale (Bécher + Vinaigre) est de 170 g.
- La masse du contenant vide (Bécher seul) est de 120 g.
Étape 2 : Pose du calcul
Pour isoler la masse du vinaigre, nous devons soustraire la masse du contenant à la masse totale. Nous remplaçons donc les symboles par les chiffres dans notre formule :
Masse du vinaigre
Étape 3 : Interprétation
Le résultat de la soustraction est 50. Cela signifie que la masse du vinaigre seul, sans le verre qui le contient, est de 50 g.
Résultat (Masse Nette Vinaigre)
Réflexions
Le résultat est de 50g. Cela correspond environ à 50mL de vinaigre (car sa densité est proche de l'eau), soit un petit fond de verre.
Points de vigilance
N'oubliez jamais l'unité ! Un résultat en physique sans unité (g, kg, m...) est considéré comme faux ou incomplet.
Points à Retenir
Masse Nette = Masse Totale - Masse du Récipient.
Le saviez-vous ?
Le mot "Tare" vient de l'arabe "tarh" qui signifie "rejet" ou "déduction". C'est ce qu'on enlève du poids total.
FAQ
Puis-je peser le vinaigre directement sur le plateau de la balance ?
Absolument pas ! Verser un liquide directement sur le plateau risque d'endommager les circuits électroniques de la balance et de la salir. Il faut toujours utiliser un récipient.
A vous de jouer
Un bol pèse 300g. Avec la soupe, il pèse 550g. Quelle est la masse de la soupe ?
📝 Mémo
Brut - Tare = Net.
Question 3 : Calcul de la masse de l'huile
Principe
Cette question repose sur le principe de l'additivité des masses. La masse est une grandeur qui s'additionne toujours. Si on ajoute de la matière dans un récipient, la masse totale augmente exactement de la masse de la matière ajoutée. Peu importe si les liquides se mélangent ou non.
Mini-Cours
Lavoisier a dit : "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme". Dans notre cas, cela signifie que la masse ne disparaît pas. \( \text{Masse Totale} = \text{Masse Bécher} + \text{Masse Vinaigre} + \text{Masse Huile} \).
Remarque Pédagogique
Attention ! Si les masses s'additionnent toujours (1kg + 1kg = 2kg), ce n'est pas toujours vrai pour les volumes ! Si on mélange 1L d'eau et 1L d'alcool, on obtient un peu moins de 2L car les molécules s'imbriquent. Mais ici, on parle bien de masse.
Normes
On veille à garder la même unité (grammes) tout au long du calcul pour ne pas fausser le résultat.
Formule(s)
Calcul d'un ajout par différence
Hypothèses
On suppose qu'il n'y a pas eu d'évaporation significative du vinaigre pendant la manipulation.
Donnée(s)
| Étape | Contenu | Masse Relevée |
|---|---|---|
| Étape 1 | Bécher + Vinaigre | 170 g |
| Étape 2 | Bécher + Vinaigre + Huile | 210 g |
Astuces
Il existe une autre méthode de calcul plus longue (tout soustraire) :
C'est une bonne façon de vérifier votre résultat !
Avant ajout huile
Calcul(s)
Raisonnement :
Nous cherchons à connaître la masse de l'huile que nous avons ajoutée. La balance affichait une valeur avant de verser l'huile, et une nouvelle valeur plus élevée après avoir versé l'huile.
- Masse affichée AVANT l'ajout : 170 g.
- Masse affichée APRÈS l'ajout : 210 g.
La différence entre ces deux valeurs correspond exactement à la matière ajoutée. Posons l'opération :
Conclusion du calcul :
La différence est de 40. Nous pouvons donc affirmer que nous avons versé exactement 40 g d'huile dans le bécher.
Après ajout huile
Réflexions
Nous avons ajouté 40g d'huile. Notez que nous avions 50g de vinaigre. La masse d'huile est plus faible que celle du vinaigre dans cette recette.
Points de vigilance
Attention à ne pas soustraire la masse du bécher vide (120g) à la masse finale (210g) directement, sinon vous obtiendriez la masse (Vinaigre + Huile) mélangés, et non l'huile seule !
Points à Retenir
Pour isoler la masse d'un seul composant ajouté, il faut toujours faire : (Masse après ajout) - (Masse avant ajout).
Le saviez-vous ?
Même si l'huile flotte, elle "pèse" sur la balance. La balance mesure la force totale exercée vers le bas, peu importe que les liquides soient mélangés ou superposés.
FAQ
Si j'enlève l'huile avec une cuillère, la masse va-t-elle changer ?
Oui, bien sûr ! Si vous retirez de la matière, la masse affichée par la balance diminuera d'autant.
A vous de jouer
Si on avait ajouté 100g d'huile au lieu de 40g, quelle serait la masse totale affichée sur la balance ?
📝 Mémo
Masse Finale - Masse Avant = Ajout.
Question 4 : Conclusion sur le mélange
Principe
Pour répondre à cette question, nous devons analyser l'aspect visuel du mélange après repos. En chimie, la distinction entre mélange homogène et mélange hétérogène est fondamentale. Elle repose sur la capacité de l'œil humain à distinguer ou non les différents constituants qui composent le mélange.
Mini-Cours
Voici les définitions précises à connaître par cœur :
- Mélange Homogène : (du grec homos = semblable). Le mélange a un aspect uniforme. On ne voit qu'une seule matière, même s'il y en a plusieurs.
Exemples : Eau salée (le sel a disparu), sirop à l'eau, air (mélange de gaz), alliage comme le bronze. - Mélange Hétérogène : (du grec heteros = autre). Le mélange n'est pas uniforme. On distingue à l'œil nu au moins deux constituants différents.
Exemples : Eau et huile, eau et sable, jus d'orange avec pulpe, boisson gazeuse (on voit le liquide et les bulles de gaz).
Remarque Pédagogique
L'astuce du photographe : Imaginez que vous preniez deux photos très zoomées de votre mélange : une en haut et une en bas.
- Si les deux photos sont identiques -> C'est Homogène.
- Si les deux photos sont différentes (ex: une jaune et une transparente) -> C'est Hétérogène.
Normes
En chimie, chaque partie distincte et homogène d'un système s'appelle une phase.
- Mélange Homogène = 1 seule phase.
- Mélange Hétérogène = 2 phases ou plus (ici : une phase organique huileuse et une phase aqueuse).
Formule(s)
Il n'y a pas de calcul mathématique, mais une équation logique d'observation :
Hypothèses
L'observation se fait à l'œil nu. C'est une précision importante car au microscope, beaucoup de mélanges "homogènes" (comme le lait ou le sang) révèlent en fait des particules distinctes. Mais en classe de 6ème, on s'en tient à la vision humaine normale.
Donnée(s)
| Observation visuelle | Conclusion scientifique |
|---|---|
| 1 seule phase visible (aspect uniforme) | Mélange Homogène |
| 2 phases ou plus (couches, particules, bulles) | Mélange Hétérogène |
Astuces
Si vous pouvez pointer du doigt en disant "là c'est de l'huile" et "là c'est du vinaigre", alors vous avez gagné : c'est hétérogène !
Comprendre la différence
Calcul(s)
Aucun calcul n'est requis.
Analyse de notre mélange
Réflexions
Dans notre expérience, après le temps de repos, nous voyons nettement deux couches superposées : l'huile jaune en haut et le vinaigre ambré en bas. Il y a une frontière nette entre les deux. Comme on distingue parfaitement les constituants, c'est la définition même d'un mélange hétérogène.
Points de vigilance
Attention au vocabulaire ! Ne dites pas "les liquides ne s'aiment pas" (ce n'est pas scientifique). Dites plutôt "les liquides ne sont pas miscibles".
Points à Retenir
Si on voit plusieurs choses distinctes = Hétérogène.
Si on ne voit qu'une seule chose uniforme = Homogène.
Le saviez-vous ?
Le lait a l'air homogène (tout blanc), mais c'est un piège ! Au microscope, on verrait des milliers de petites gouttelettes de graisse flottant dans l'eau. C'est une émulsion stable. Mais à l'œil nu, en classe de 6ème, on accepte souvent de dire qu'il est homogène car on ne voit pas la différence sans loupe.
FAQ
L'eau gazeuse est-elle homogène ou hétérogène ?
Bonne question ! Tant qu'on voit les bulles de gaz monter dans le liquide, on voit deux matières (gaz + liquide), donc c'est hétérogène. Si le gaz est totalement dissous et invisible (bouteille fermée au repos sans bulles), cela paraît homogène.
A vous de jouer
Un jus d'orange pressé maison avec plein de pulpe flottant dedans est-il homogène ou hétérogène ?
📝 Mémo
Visible = Hétéro / Invisible = Homo.
Bilan de l'Exercice
Répartition finale des masses et des couches.
📝 Grand Mémo : Ce qu'il faut retenir
Pour réussir les exercices sur la décantation en 6ème :
-
🧪
Décantation : Technique pour séparer des liquides non miscibles en les laissant reposer.
-
⚖️
Masse : Elle s'ajoute simplement. \(m_{\text{mélange}} = m_{1} + m_{2}\).
-
⬆️
Ordre : Le liquide le plus "léger" (densité faible) est toujours au-dessus.
🎛️ Simulateur de Séparation
Simulez le repos de la vinaigrette. Plus on attend, plus la séparation est nette.
Paramètres de l'expérience
📝 Quiz final : Avez-vous compris ?
1. Si je mélange de l'eau et du sirop de grenadine, obtient-on deux couches séparées ?
2. Comment appelle-t-on le liquide qui reste au fond de l'ampoule à décanter ?
📚 Glossaire
- Décantation
- Technique permettant de séparer les constituants d'un mélange hétérogène en les laissant reposer.
- Hétérogène
- Se dit d'un mélange dont on peut distinguer les constituants à l'œil nu.
- Miscible
- Se dit de deux liquides qui se mélangent parfaitement pour former un tout homogène.
- Densité
- Grandeur qui permet de comparer la masse d'un volume donné par rapport à l'eau.
- Emulsion
- Dispersion de gouttelettes d'un liquide dans un autre liquide non miscible.
Le Saviez-vous ?
Chargement...
Laisser un commentaire