Préparer de la Limonade Maison
Contexte : Chimie en cuisine - Les mélanges et la dissolution.
Vous organisez un goûter et vous souhaitez préparer une limonade maison. Pour qu'elle soit réussie, il faut mélanger correctement le jus de citron, l'eau, et surtout le sucre. C'est l'occasion parfaite pour étudier la DissolutionPhénomène par lequel un solide se disperse dans un liquide pour former un mélange homogène. et la notion de SolubilitéCapacité d'une substance (soluté) à se dissoudre dans une autre (solvant)..
Remarque Pédagogique : Cet exercice permet de revoir les termes : soluté, solvant, solution, mélange homogène et saturation, à travers une situation de la vie quotidienne.
Objectifs Pédagogiques
- Distinguer soluté, solvant et solution.
- Calculer une masse totale après dissolution (conservation de la masse).
- Comprendre la notion de saturation d'une solution.
Données de l'expérience
Pour préparer votre limonade, vous disposez d'une carafe et des ingrédients suivants. Vous allez réaliser le mélange étape par étape.
Ingrédients disponibles
| Ingrédient | Rôle chimique | Quantité | État physique |
|---|---|---|---|
| Eau minérale | SolvantLiquide qui dissout le solide (ici l'eau). | 1 Litre (1000 g) | Liquide |
| Sucre en poudre | SolutéSolide qui est dissous dans le liquide (ici le sucre). | 100 g | Solide |
| Jus de citron | Soluté (liquide) | 150 g | Liquide |
Schéma de la préparation
Questions à traiter
- Identifier le solvant et le soluté principal.
- Calculer la masse totale de la solution obtenue.
- Déterminer si le mélange est homogène ou hétérogène.
- Expliquer ce qui se passerait si on ajoutait 2 kg de sucre (Saturation).
- Calculer la concentration en sucre (pour aller plus loin).
Les bases théoriques : La dissolution
La chimie n'est pas qu'une affaire de laboratoire, elle est partout dans notre cuisine. La dissolution est l'un des phénomènes les plus courants.
Conservation de la masse
Lors d'une dissolution, la masse ne change pas. La masse de la solution est égale à la somme des masses des constituants.
Loi de conservation
Où :
- \(m_{\text{solution}}\) est la masse totale du mélange.
- \(m_{\text{solvant}}\) est la masse du liquide (ex: eau).
- \(m_{\text{soluté}}\) est la masse du solide dissous (ex: sucre).
Mélange Homogène vs Hétérogène
C'est une question d'observation à l'œil nu.
- Homogène : On ne distingue pas les constituants (ex: eau sucrée bien mélangée).
- Hétérogène : On voit plusieurs constituants (ex: eau + sable).
Saturation
Il y a une limite à la dissolution.
Si on ajoute trop de soluté, le solvant ne peut plus le dissoudre. Le solide reste au fond. On dit que la solution est saturée.
Correction : Préparer de la Limonade Maison
Question 1 : Identification des rôles
Principe
Pour réussir une dissolution, il faut identifier qui joue quel rôle. Le constituant majoritaire (le liquide) "accueille" le solide.
Mini-Cours
Solvant : Liquide capable de dissoudre une autre substance.
Soluté : Espèce chimique (solide, liquide ou gaz) dissoute dans un solvant.
Remarque Pédagogique
Ne confondez pas "fondre" (passage de l'état solide à liquide par la chaleur, comme un glaçon) et "se dissoudre" (dispersion d'un solide dans un liquide, comme le sel dans l'eau).
Formule(s)
Il n'y a pas de formule mathématique ici, mais une relation logique :
Hypothèses
On suppose que l'on est à température ambiante et pression normale.
Donnée(s)
| Substance | État | Quantité |
|---|---|---|
| Eau | Liquide | 1000 g (Majoritaire) |
| Sucre | Solide | 100 g (Minoritaire) |
Astuces
Moyen mnémotechnique : SolvANt rime avec OcéAN (il y a beaucoup d'eau). Le soluté est celui qu'on ajoute en petite quantité.
Schéma : Les Rôles Chimiques
Réponse Détaillée
- L'eau est le solvant (c'est le liquide en plus grande quantité).
- Le sucre est le soluté (c'est le solide qui est dispersé).
Réflexions
Le jus de citron est aussi un soluté (liquide) qui se dissout dans l'eau. Une solution peut contenir plusieurs solutés différents.
Points de vigilance
Attention à ne pas dire que le sucre a "fondu". Il s'est "dissous".
Le saviez-vous ?
L'eau est souvent appelée le "solvant universel" car elle dissout plus de substances que tout autre liquide connu.
FAQ
Le jus de citron est-il un soluté ?
Oui, techniquement, c'est un soluté liquide qui se mélange à l'eau.
A vous de jouer
Dans un chocolat chaud, qui est le solvant ?
📝 Mémo
Solvant = Océan (Beaucoup de liquide).
Question 2 : Calcul de la masse totale
Principe
On applique la loi de conservation de la masse énoncée par Lavoisier ("Rien ne se perd..."). La masse ne disparaît pas, même si le sucre n'est plus visible à l'œil nu après agitation.
Mini-Cours
Loi de conservation : Lors d'un mélange ou d'une dissolution, la masse totale est égale à la somme des masses de tous les constituants.
Remarque Pédagogique
C'est une erreur fréquente de penser que le sucre "disparaît" et donc que sa masse disparaît aussi. La balance prouve le contraire !
Normes
Les masses sont exprimées en grammes (g) ou kilogrammes (kg) selon le Système International d'Unités.
Formule(s)
Addition des masses
Masse Totale
Hypothèses
Pour que ce calcul soit exact, on suppose :
- Pas d'éclaboussures ou de perte de liquide lors du mélange.
- L'évaporation est négligeable durant la préparation.
Donnée(s)
| Ingrédient | Masse |
|---|---|
| Eau | 1000 g |
| Jus de citron | 150 g |
| Sucre | 100 g |
Astuces
Pour additionner des masses, assurez-vous qu'elles soient toutes dans la même unité (tout en grammes ou tout en kilogrammes).
Schéma : Avant le mélange (Pesée)
Calcul(s)
Conversion(s)
Toutes les données sont déjà en grammes (g). Aucune conversion n'est nécessaire.
Calcul Principal
Détail du calcul
Étape 1 : On écrit d'abord la formule avec les mots (les symboles) pour savoir quelle opération faire. Ici, c'est une addition (+).
Étape 2 : On remplace chaque mot par sa valeur chiffrée : l'eau vaut 1000, le citron 150 et le sucre 100.
Interprétation : Le calcul nous donne 1250. Comme nous avons additionné des grammes, le résultat est en grammes. La carafe pèse donc au total 1,25 kg.
Schéma : Après le mélange
Réflexions
Le résultat est logique : la matière s'accumule dans le récipient. Si le résultat était inférieur, cela signifierait qu'on a perdu de la matière.
Points de vigilance
Attention ! Le volume (en L) n'est pas toujours strictement additif (1L d'eau + 1L d'alcool ne font pas exactement 2L de mélange). Mais la masse (en kg) est toujours conservée.
Points à Retenir
Lors d'une dissolution, la masse de la solution est égale à la masse du soluté plus la masse du solvant.
Le saviez-vous ?
Si vous utilisiez une balance à plateaux (type Roberval), vous pourriez mettre les ingrédients d'un côté et la limonade finie de l'autre : l'équilibre serait parfait !
FAQ
Et si on chauffe l'eau ?
Si on chauffe, de l'eau peut s'évaporer sous forme de gaz. La masse diminuerait alors car une partie de l'eau quitte le récipient.
A vous de jouer
Si j'ajoute 50g de glaçons qui fondent, quelle sera la masse totale ?
📝 Mémo
Masse = Matière. La matière ne disparaît pas par magie !
Question 3 : Type de mélange
Principe
Pour classer un mélange, on observe s'il y a plusieurs parties distinctes (phases) visibles à l'œil nu.
Mini-Cours
Mélange Homogène : Aspect uniforme, on ne distingue pas les constituants (ex: eau salée).
Mélange Hétérogène : On distingue au moins deux constituants (ex: eau + huile).
Remarque Pédagogique
La distinction se fait "à l'œil nu". Si on regarde du lait au microscope, c'est hétérogène (gouttelettes de graisse), mais à l'œil nu, c'est homogène (blanc uniforme).
Hypothèses
On suppose que la limonade a été suffisamment agitée et que le sucre est totalement dissous.
Donnée(s)
Observation finale : Liquide transparent ou légèrement trouble, mais uniforme.
Schéma : Observation à la Loupe
Réflexions
Si des bulles de gaz sont visibles, c'est techniquement hétérogène (gaz + liquide), mais pour la boisson "limonade", on considère souvent le liquide sucré lui-même comme une solution homogène.
Points de vigilance
Si vous laissez de la pulpe de citron flotter, le mélange devient hétérogène car on voit des morceaux solides !
Points à Retenir
Une solution vraie (sucre dissous dans l'eau) est toujours un mélange homogène.
Le saviez-vous ?
L'air que nous respirons est aussi un mélange homogène, mais de gaz (Azote, Oxygène, etc.).
FAQ
L'huile et l'eau forment-elles un mélange homogène ?
Non, c'est hétérogène. L'huile flotte sur l'eau, on voit deux phases distinctes.
A vous de jouer
Le jus d'orange avec pulpe est-il homogène ?
📝 Mémo
Homogène = Pareil partout.
Question 4 : Notion de Saturation
Principe
Un liquide ne peut pas dissoudre une quantité infinie de solide. Il existe une limite physique appelée la "solubilité".
Mini-Cours
Solution saturée : Solution dans laquelle le solvant ne peut plus dissoudre de soluté supplémentaire. Le surplus reste solide au fond.
Remarque Pédagogique
La saturation dépend de la température. L'eau chaude dissout plus de sucre que l'eau froide.
Normes
La solubilité du sucre dans l'eau à 20°C est d'environ 2 kg (2000 g) par litre.
Formule(s)
Comparaison :
Hypothèses
On travaille à température ambiante (20°C).
Donnée(s)
- Quantité ajoutée : 2 kg (2000 g)
- Volume d'eau : 1 Litre
- Solubilité max : 2000 g/L
Astuces
Imaginez une valise : quand elle est pleine, vous ne pouvez plus rien y mettre, même en forçant. L'eau est la valise, le sucre les vêtements.
Schéma : Phénomène de Saturation
Calcul(s)
Comparaison des valeurs
Pour savoir si ça déborde (saturation), on compare ce qu'on veut mettre (Masse Ajoutée) avec ce que l'eau peut accepter au maximum (Masse Max).
Analyse : Comme 2000g est égal à la limite maximale, nous sommes à un point critique. L'eau est "pleine à craquer" de sucre. Il est très probable qu'un petit tas de sucre reste solide au fond sans se dissoudre.
Réflexions
Si on chauffe cette solution saturée, le dépôt de sucre va disparaître car la solubilité augmente avec la chaleur (principe du sirop).
Points de vigilance
Saturation ne veut pas dire "il y en a beaucoup". Ça veut dire "il y en a trop pour être dissous".
Points à Retenir
Quand une solution est saturée, le mélange devient hétérogène (on voit le solide au fond).
Le saviez-vous ?
La Mer Morte est une solution saturée en sel. C'est pour ça que l'on flotte si bien dedans et que des cristaux de sel se forment sur les bords !
FAQ
Peut-on "désaturer" une solution ?
Oui, en ajoutant plus de solvant (de l'eau) ou en chauffant.
A vous de jouer
Vrai ou Faux ? On peut dissoudre 10kg de sel dans 1L d'eau.
📝 Mémo
Saturé = "J'ai trop mangé", je ne peux plus rien avaler.
Question 5 : Concentration en sucre
Principe
La concentration massique permet de savoir si une boisson sera très sucrée ou peu sucrée. C'est le rapport entre la masse de soluté et le volume de la solution.
Mini-Cours
Concentration massique (C) : Masse de soluté dissous par litre de solution.
Remarque Pédagogique
Ne confondez pas la concentration (sucre dans l'eau) avec la masse volumique (masse d'un volume d'eau pure).
Normes
L'unité usuelle est le gramme par litre (g/L).
Formule(s)
Formule de la concentration
Hypothèses
Pour simplifier au niveau 6ème, on considère que le volume total de la limonade reste proche de celui de l'eau de départ, soit environ 1 Litre (même si en réalité, il augmente très légèrement).
- Volume de solution \(\approx\) 1 L
Donnée(s)
| Grandeur | Symbole | Valeur |
|---|---|---|
| Masse de sucre | \(m\) | 100 g |
| Volume de limonade | \(V\) | 1 L |
Astuces
Pensez au sirop de grenadine : si vous mettez beaucoup de sirop (soluté) dans peu d'eau (solvant), la couleur est foncée et le goût fort = Concentration élevée.
Schéma : Les grandeurs en jeu
Calcul(s)
Calcul Principal
Détail du calcul
Étape 1 : On pose la division. On cherche combien de grammes de sucre il y a dans chaque litre.
Étape 2 : On remplace \(m\) par 100 (le sucre) et \(V\) par 1 (le volume de limonade).
Interprétation : Le résultat est 100. L'unité s'écrit "g/L" et se lit "grammes par litre". Cela veut dire que si vous buvez un litre de cette limonade, vous avalez 100g de sucre.
Schéma : Résultat
Réflexions
Une canette de soda classique contient environ 110 g/L de sucre. Notre limonade maison (100 g/L) est donc presque aussi sucrée qu'un soda industriel !
Points de vigilance
Ne pas confondre 100 g de sucre DANS 1 L d'eau (Concentration) avec la masse de 1 L d'eau tout court (Masse volumique).
Points à Retenir
La concentration dépend de la masse de soluté et du volume total de liquide.
Le saviez-vous ?
On peut dissoudre énormément de sucre dans de l'eau chaude : jusqu'à 2 kg de sucre dans 1 litre d'eau bouillante (pour faire du caramel ou de la confiture) !
FAQ
Est-ce la même chose que la densité ?
Non, la densité compare la masse d'un liquide à celle de l'eau. La concentration mesure juste ce qu'il y a dedans.
A vous de jouer
Si je mets 200g de sucre dans mes 1L, quelle est la concentration ?
📝 Mémo
Concentration = "La force du goût".
Schéma Bilan de la Dissolution
Résumé visuel de la conservation de la masse lors du mélange.
📝 Grand Mémo : Ce qu'il faut retenir
-
🧪
Vocabulaire
Soluté (solide) + Solvant (liquide) = Solution. -
⚖️
Conservation
La masse se conserve lors d'une dissolution (Masse totale = somme des masses). -
👁️
Homogène
On ne distingue plus les constituants à l'œil nu.
🎛️ Simulateur de Goût (Ratio Sucre/Eau)
Ajustez la quantité de sucre et de citron pour voir comment le goût de la limonade change (Concentration).
Dosage
📝 Quiz final : Avez-vous tout compris ?
1. Dans l'eau sucrée, quel est le solvant ?
2. Si je dissous 10g de sel dans 100g d'eau, la solution pèse :
📚 Glossaire 6ème
- Dissolution
- Phénomène où un solide se disperse dans un liquide.
- Soluble
- Qui peut se dissoudre dans un liquide (ex: sel, sucre).
- Insoluble
- Qui ne peut pas se dissoudre (ex: sable, pierres).
- Homogène
- Mélange dont on ne distingue pas les constituants.
- Saturé
- Solution qui contient le maximum de soluté possible.
Le Saviez-vous ?
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