Ressources · 6ᵉ · Chimie
Mélanges : séparer les constituants
Pourquoi séparer un mélange ; tamisage et tri à l’aimant ; décantation, filtration (filtre, filtrat, résidu) et ampoule à décanter ; évaporation d’un solide dissous, marais salants et désalinisation de l’eau de mer ; choisir et enchaîner les techniques
À propos de cette page
Séparer des solides : le tamis et l’aimant
• Le tamisage sépare des solides en grains de tailles différentes : les grains plus petits que les trous du tamis passent à travers, les plus gros restent dans le tamis.
• Le tri à l’aimant (séparation magnétique) retire d’un mélange de solides ce qui est attiré par un aimant : le fer, l’acier, le nickel (voir les propriétés des matériaux). Le sable, le bois, le plastique, le verre, l’aluminium ou le cuivre ne sont pas attirés.
À la plage, un tamis garde les coquillages et les cailloux ; le sable fin passe à travers. En cuisine, on tamise la farine pour retirer les grumeaux.
De la limaille de fer est mélangée à du sable : on promène un aimant (enfermé dans un sachet) au-dessus du mélange. La limaille reste collée au sachet, le sable reste dans la coupelle.
Au centre de tri des déchets, un gros aimant placé au-dessus du tapis roulant attire les emballages en acier ; les canettes en aluminium, qui ne sont pas attirées, sont séparées plus loin par une autre machine.
Réflexe — des grains de tailles différentes : le tamis ; un constituant en fer, en acier ou en nickel : l’aimant.
Attention — l’aimant n’attire pas tous les métaux : l’aluminium, le cuivre et le laiton ne sont pas attirés. Et un tamis ne sépare pas deux poudres dont les grains ont la même taille.
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Décanter et filtrer
• La décantation : on laisse reposer le mélange. Le solide tombe au fond et forme un dépôt ; on verse ensuite doucement le liquide clair dans un autre récipient.
• La filtration : on verse le mélange sur un papier filtre placé dans un entonnoir. Le solide retenu par le filtre est le résidu ; le liquide qui traverse le filtre est le filtrat. On décante souvent avant de filtrer : le filtre se bouche moins vite.
Deux liquides non miscibles (eau et huile) se superposent quand on les laisse reposer : le plus lourd, pour un même volume, se place en dessous (voir les liquides miscibles et non miscibles). On les sépare avec une ampoule à décanter : on retire le bouchon, on ouvre le robinet et on laisse couler le liquide du bas dans un premier récipient ; on ferme le robinet, puis on recueille le liquide du haut dans un second récipient.
Une eau boueuse reste une nuit dans un bocal : la terre forme un dépôt au fond, l’eau du dessus est presque claire. Filtrée ensuite, elle donne un filtrat limpide.
Dans une cafetière à filtre, le café moulu reste dans le filtre (résidu) et le café liquide coule dans la verseuse (filtrat).
Un litre d’huile d’olive pèse environ 920 g, un litre d’eau 1 000 g : pour un même volume, l’huile est moins lourde. Dans l’ampoule, elle forme la couche du haut, et l’eau s’écoule la première.
Rendre une eau de rivière potable
Dans une usine de production d’eau potable, l’eau passe d’abord à travers une grille (qui arrête les branches et les feuilles), puis dans de grands bassins où les particules se déposent (décantation), puis à travers des filtres, par exemple de sable (filtration). L’eau est alors limpide, mais des microbes passent à travers les filtres : une dernière étape, la désinfection (avec du chlore ou de l’ozone), les élimine.
Réflexe — un solide non dissous dans un liquide : je décante, puis je filtre. Deux liquides non miscibles : l’ampoule à décanter.
Attention — un filtre ne retient pas ce qui est dissous : de l’eau salée filtrée reste salée. Un filtrat limpide n’est donc pas forcément de l’eau pure. Et un filtre ne sert pas à séparer deux liquides : il est fait pour retenir des grains de solide.
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Récupérer un solide dissous : l’évaporation
Pour le récupérer, on fait évaporer le liquide : l’eau part dans l’air sous forme de vapeur, invisible, et le solide reste au fond du récipient, en cristaux. On peut chauffer pour aller plus vite. L’eau, elle, n’est pas récupérée.
L’évaporation est plus rapide avec du vent, une faible épaisseur de liquide et du soleil (ou de la chaleur).
Le sel des marais salants
L’eau de mer contient en moyenne 35 g de sels dissous par litre, dont environ 27 g de sel de cuisine. Sur les côtes (Guérande en Bretagne, la Camargue au bord de la Méditerranée), on récolte ce sel dans des marais salants : l’eau de mer circule d’un bassin à l’autre, de moins en moins profond, et s’y évapore.
Dans les derniers bassins, les œillets, il ne reste que quelques millimètres d’eau, très salée : le sel s’y dépose en cristaux. Le paludier (ou saunier) récolte le gros sel au fond de l’œillet et la fleur de sel, de petits cristaux qui flottent à la surface.
La récolte a lieu en été (de juin à septembre) : il fait chaud et il pleut peu, l’évaporation est rapide. Un œillet donne de l’ordre d’une tonne à une tonne et demie de gros sel par an.
Une coupelle d’eau salée oubliée plusieurs jours sur un radiateur : l’eau a disparu, des cristaux blancs de sel tapissent le fond.
De l’eau douce à partir d’eau de mer : la désalinisation
L’eau de mer est trop salée pour être bue. Pour en tirer de l’eau douce, c’est cette fois l’eau qu’il faut récupérer, pas le sel. Deux façons :
• faire évaporer (ou bouillir) l’eau de mer, puis refroidir la vapeur pour la liquéfier : l’eau obtenue n’est plus salée, le sel est resté dans le récipient ;
• pousser l’eau de mer, avec une forte pression, à travers des membranes aux trous si petits que même le sel est retenu. C’est la méthode des usines récentes (84 % du marché en 2019).
La désalinisation fournit de l’eau potable aux pays secs situés au bord de la mer (Arabie saoudite, Émirats arabes unis…). Mais elle consomme beaucoup d’énergie, et elle rejette en mer une eau beaucoup plus salée, la saumure, qui abîme le milieu marin. On rend aussi à l’eau obtenue des minéraux utiles au corps avant de la boire.
Réflexe — je veux le solide dissous : j’évapore le liquide. Je veux le liquide : il faut récupérer la vapeur et la liquéfier, ou utiliser une membrane.
Attention — le sel ne s’évapore pas avec l’eau : il reste dans le récipient. Et l’évaporation à l’air libre ne donne pas d’eau à boire : la vapeur part dans l’air.
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Choisir la technique et enchaîner les étapes
| Le mélange contient… | Technique |
|---|---|
| solides en grains de tailles différentes (sable et cailloux) | tamisage |
| solides dont l’un est attiré par un aimant (limaille de fer et sable) | tri à l’aimant |
| solide non dissous dans un liquide (eau boueuse) | décantation, puis filtration |
| deux liquides non miscibles (eau et huile) | ampoule à décanter |
| solide dissous dans un liquide (eau salée), pour garder le solide | évaporation |
Rien ne disparaît pendant une séparation : la masse du mélange est égale à la somme des masses des constituants récupérés (en dehors de petites pertes, sur le filtre par exemple).
1. On ajoute de l’eau et on remue : le sel se dissout, le sable non.
2. On filtre : le sable reste sur le papier filtre (résidu) ; le filtrat est de l’eau salée.
3. On fait évaporer le filtrat : il reste le sel.
Avec 50 g de mélange, si l’on récupère 32 g de sable sec, il y avait 50 − 32 = 18 g de sel.
Les mêmes enchaînements servent tous les jours : l’eau potable (grille, décantation, filtration, désinfection), le centre de tri (aimant pour l’acier, puis d’autres machines), le marais salant (décantation, puis évaporation).
Réflexe — je fais la liste des constituants et de leur état (solide en grains, dissous, liquide), puis je choisis une technique pour chaque constituant à retirer, dans l’ordre.
Attention — il faut dissoudre le sel avant de filtrer : c’est l’eau qui l’emporte à travers le filtre, loin du sable. Et on n’évapore pas avant d’avoir filtré : le sable resterait mélangé au sel.
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Pour aller plus loin
Complément, hors des attendus de 6e — la distillation. On chauffe un liquide dans un ballon ; sa vapeur passe dans un tube refroidi (le réfrigérant), où elle se liquéfie : on recueille le liquide obtenu, le distillat. Distiller de l’eau de mer donne de l’eau douce, car le sel reste dans le ballon (c’est la première méthode de désalinisation décrite plus haut). Distiller un mélange d’eau et d’alcool donne un liquide plus riche en alcool, mais jamais de l’alcool pur : la distillation simple ne sépare pas complètement ces deux liquides miscibles.
Les colorants d’une encre. Une encre est souvent un mélange de plusieurs colorants. On dépose une tache d’encre sur une bande de papier dont le bas trempe dans l’eau : en montant dans le papier, l’eau entraîne chaque colorant plus ou moins haut. C’est la chromatographie sur papier.
Chapitres voisins. Mélanges homogènes et hétérogènes, liquides miscibles ou non : Mélanges : homogènes, hétérogènes et miscibilité. Soluté, solvant, solution saturée : Mélanges : dissolution et saturation. Ce qu’un aimant attire et le tri des déchets : Propriétés de la matière : comparer et trier les matériaux. Évaporation, ébullition et liquéfaction : Changements d’état : températures et paliers.
- Tamisage : sépare des grains de tailles différentes. Tri à l’aimant : retire le fer, l’acier, le nickel.
- Décantation : au repos, le solide forme un dépôt au fond. Filtration : le résidu reste sur le filtre, le filtrat le traverse.
- Deux liquides non miscibles : ampoule à décanter ; le liquide du bas (le plus lourd pour un même volume) s’écoule en premier.
- Un solide dissous traverse le filtre : on le récupère par évaporation (marais salants). La désalinisation, elle, récupère l’eau douce.
- Plusieurs constituants : on enchaîne les techniques dans l’ordre ; la masse totale se conserve.
Questions fréquentes
Comment séparer un mélange de sable et de cailloux, ou de limaille de fer et de sable ?
Des grains de tailles différentes se séparent au tamis : les petits grains passent par les trous, les gros restent dans le tamis. Si l’un des solides est en fer, en acier ou en nickel, un aimant le retire du mélange.
Quelle est la différence entre le filtrat et le résidu ?
Lors d’une filtration, le résidu est le solide retenu par le papier filtre ; le filtrat est le liquide qui a traversé le filtre. Avant de filtrer, on laisse souvent décanter le mélange : le solide se dépose au fond.
Comment séparer de l’eau et de l’huile ?
Avec une ampoule à décanter. L’huile, moins lourde que l’eau pour un même volume, forme la couche du haut. On retire le bouchon, on ouvre le robinet : l’eau s’écoule la première, puis on recueille l’huile dans un autre récipient.
Comment récupère-t-on le sel de l’eau de mer ?
Par évaporation : dans les marais salants, le soleil et le vent font évaporer l’eau de mer dans des bassins peu profonds, et le sel reste en cristaux. Pour obtenir au contraire de l’eau douce, la désalinisation récupère l’eau (vapeur liquéfiée, ou membranes qui retiennent le sel).
Dans quel ordre séparer un mélange de sel, de sable et d’eau ?
Le sel est dissous, le sable non : on filtre d’abord (le sable reste sur le filtre), puis on fait évaporer le filtrat pour récupérer le sel. L’évaporation vient toujours en dernier.
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