Le Défi des Petits Chimistes : Comment Séparer un Mélange ?
Sable, sel, eau... Tout est mélangé ! Comment faire pour les récupérer ?
Dans la nature ou en cuisine, on rencontre souvent des mélanges, c'est-à-dire des substances qui sont mises ensemble sans être transformées chimiquement. Parfois, on a besoin de séparer les différents composants d'un mélange. Les chimistes utilisent différentes techniques pour cela, en fonction des propriétés des substances à séparer. Dans cet exercice, nous allons aider deux jeunes chercheurs à séparer un mélange un peu spécial ! 🧪💧🧂
Le Trésor Boueux d'Alex et Léa
Étapes de Séparation du Mélange
Étapes possibles pour séparer le mélange.
Questions à traiter
- Qu'est-ce qu'un mélange hétérogène et un mélange homogène ? Donne un exemple pour chacun à partir du scénario d'Alex et Léa.
- Décris les étapes qu'Alex et Léa pourraient suivre pour séparer le sable, puis le sel, de l'eau. Nomme les techniques de séparation utilisées à chaque étape.
- Calculs sur les masses :
- Quelle était la masse de sel dans le mélange sec initial (sable + sel) ?
- Quelle est la masse totale du mélange "boueux" (sable + sel + eau) que les enfants ont obtenu après l'accident ?
- Après avoir séparé le sable, Alex et Léa font évaporer toute l'eau de la solution d'eau salée. Ils récupèrent \(14 \text{ g}\) de sel sec.
- Cette masse de sel récupérée correspond-elle à la masse de sel calculée à la question 3a ?
- Si non, propose une explication possible à cette différence (pense à la précision des mesures ou à des pertes possibles).
- Pourquoi la filtration permet-elle de séparer le sable de l'eau salée, mais pas le sel dissous de l'eau ?
Correction : Le Défi des Petits Chimistes
Question 1 : Mélanges homogènes et hétérogènes
Réponse :
Un mélange hétérogène est un mélange dans lequel on peut distinguer à l'œil nu ses différents constituants (ils ne sont pas répartis uniformément).
Exemple dans le scénario : Le mélange de sable et d'eau salée (avant filtration), car on voit le sable distinct de l'eau.
Un mélange homogène est un mélange dans lequel on ne peut pas distinguer ses différents constituants à l'œil nu (ils sont répartis uniformément).
Exemple dans le scénario : L'eau salée (après que le sel se soit dissous et avant que le sable ne soit enlevé, ou après filtration du sable), car on ne voit plus le sel, il est dissous.
Question 2 : Étapes de séparation
Réponse :
Voici les étapes possibles :
- Séparer le sable de l'eau salée :
- Décantation : Laisser reposer le mélange. Le sable, plus dense, va se déposer au fond. On peut ensuite verser doucement l'eau salée dans un autre récipient.
- Filtration (plus efficace) : Verser le mélange à travers un filtre (papier filtre dans un entonnoir). Le sable sera retenu par le filtre, et l'eau salée (le filtrat) passera à travers.
- Séparer le sel de l'eau :
- Évaporation (ou Cristallisation) : Chauffer doucement l'eau salée (le filtrat). L'eau va s'évaporer (passer à l'état de vapeur), et le sel restera sous forme de cristaux solides au fond du récipient.
Question 3 : Calculs sur les masses
Réponse a) Masse de sel dans le mélange sec :
Masse totale du mélange sec = \(50 \text{ g}\).
Masse de sable = \(35 \text{ g}\).
Il y avait \(15 \text{ g}\) de sel dans le mélange sec initial.
Réponse b) Masse totale du mélange "boueux" :
Masse du mélange sec (sable + sel) = \(50 \text{ g}\).
Volume d'eau ajouté = \(100 \text{ mL}\). Comme \(1 \text{ mL}\) d'eau a une masse de \(1 \text{ g}\), la masse d'eau ajoutée est de \(100 \text{ g}\).
La masse totale du mélange boueux est de \(150 \text{ g}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Laquelle de ces techniques permet de séparer un solide insoluble d'un liquide ?
Question 4 : Sel récupéré
Réponse a) Comparaison des masses de sel :
Masse de sel calculée initialement = \(15 \text{ g}\).
Masse de sel récupérée après évaporation = \(14 \text{ g}\).
Non, la masse de sel récupérée (\(14 \text{ g}\)) n'est pas exactement la même que la masse de sel calculée initialement (\(15 \text{ g}\)). Il manque \(1 \text{ g}\) de sel.
Réponse b) Explication possible de la différence :
Plusieurs raisons peuvent expliquer cette différence :
- Pertes lors des manipulations : Un peu de sel a pu rester collé aux parois des récipients, sur le filtre, ou être perdu lors des transferts.
- Précision des mesures : Les balances utilisées pour peser peuvent avoir une petite marge d'erreur.
- Évaporation incomplète : Si toute l'eau n'a pas été complètement évaporée, le sel récupéré pourrait être légèrement humide et donc peser un peu plus que le sel parfaitement sec. (Dans ce cas, on récupère moins, donc ce n'est pas l'explication principale ici, mais c'est une source d'erreur possible dans d'autres cas).
- Sel très fin emporté : Si l'évaporation est trop rapide, de très fines particules de sel pourraient être emportées avec la vapeur d'eau.
Question 5 : Efficacité de la filtration
Réponse :
La filtration permet de séparer le sable de l'eau salée car le sable est constitué de particules solides insolubles dans l'eau, qui sont plus grosses que les pores (les petits trous) du papier filtre. Le filtre retient donc le sable.
En revanche, le sel, une fois dissous dans l'eau, se sépare en particules beaucoup plus petites (des ions ou des molécules) qui sont bien plus petites que les pores du filtre. Ces particules de sel dissous passent donc à travers le filtre avec l'eau. Pour séparer le sel dissous, il faut une autre technique, comme l'évaporation, qui élimine l'eau et laisse le sel solide.
Quiz Intermédiaire 2 : L'eau salée est un mélange :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Pour séparer du sable et de l'eau, la technique la plus appropriée est :
2. Lorsqu'on dissout du sel dans l'eau, le sel est appelé :
3. Pour récupérer le sel dissous dans l'eau, on utilise principalement :
Glossaire des Mélanges
- Mélange
- Association de plusieurs substances (constituants) qui ne réagissent pas chimiquement entre elles.
- Mélange Homogène
- Mélange dont on ne peut pas distinguer les différents constituants à l'œil nu, même avec une loupe. Il a un aspect uniforme (ex: eau salée, air).
- Mélange Hétérogène
- Mélange dont on peut distinguer au moins deux de ses constituants à l'œil nu (ex: eau et sable, vinaigrette).
- Constituant
- Chacune des substances présentes dans un mélange.
- Dissolution
- Processus par lequel un solide (soluté) se disperse dans un liquide (solvant) pour former une solution homogène.
- Soluté
- Substance qui est dissoute dans un solvant (ex: le sel dans l'eau salée).
- Solvant
- Substance (généralement liquide) qui a la capacité de dissoudre d'autres substances (ex: l'eau dans l'eau salée).
- Solution
- Mélange homogène obtenu par dissolution d'un soluté dans un solvant.
- Décantation
- Technique de séparation des constituants d'un mélange hétérogène (souvent un solide et un liquide) en laissant reposer le mélange. Le constituant le plus dense se dépose au fond.
- Filtration
- Technique de séparation des constituants d'un mélange hétérogène (un solide insoluble dans un liquide) en le faisant passer à travers un filtre. Le solide est retenu par le filtre, le liquide (filtrat) passe à travers.
- Filtrat
- Liquide recueilli après une filtration.
- Évaporation
- Passage lent d'un liquide à l'état gazeux à la surface du liquide. Utilisée pour récupérer un solide dissous dans un solvant (le solvant s'évapore, le solide reste).
- Cristallisation
- Formation de cristaux solides à partir d'une solution (souvent après évaporation du solvant) ou d'un liquide qui se solidifie.
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