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Mélange homogčne
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Exercices

1/ On ne peut pas distinguer les différents constituants d'un mélange homogène. Il paraît n'être constitué que d'un seul constituant.

Comprendre

Solution
Mélange d'un liquide dans lequel est dissous une autre molécule
Solvant
Substance liquide dans laquelle on peut dissoudre d'autres espèces chimiques. C'est l'espèce majoritaire (la plus présente) d'une solution.
Soluté
Substance pouvant se dissoudre dans un liquide. C'est l'espèce minoritaire (la moins présente) d'une solution.

La plupart des solutions sont homogènes car on ne peut pas distinguer le soluté (le corps dissous) du solvant (le liquide qui le contient) à l'oeil nu. En effet, les molécules du soluté sont dispersées dans le solvant et sont bien trop petites pour que nous les voyons à l'oeil nu.(nos yeux ne peuvent distinguer les choses plus petites qu'un dixième de millimètre)..

2/ Une eau d'apparence homogène peut contenir des substances autres que l'eau.(solides ou gaz dissous,liquide miscible)

Comprendre

dissolution molécule polaire dissolution du sel dans l'eauéchanges gazeux araignée Dissolution du sel par l'eau
Homogène
Substance dont on ne peut distinguer qu'un seul constituant.

Une solution homogène peut contenir de nombreux constituants invisibles car trop petits pour nos yeux.
Sans dioxygène dans l'eau, les poissons ne pourraient pas respirer, sans sels minéraux dans l'eau, nous serions en mauvaise santé et pourtant l'eau nous paraît homogène.
Notre sang contient également du dioxygène(O2) et du dioxyde de carbone(CO2) dissous. En effet, ces deux gaz arrivent et repartent de nos organes grâce au sang (et aux globules rouges qu'il contient)
Les molécules qui peuvent se dissoudre facilement dans l'eau sont les molécules polaires. Les ions se dissolvent aussi très bien dans l'eau.

On ne peut pas dissoudre à volonté une molécule dans l'eau. Si on met trop de cette molécule, elle ne se dissoudra plus et on dira que la solution est saturée.

2/ Exercices

Comprendre

2/ DÂ’air pur et dÂ’algues fraiches. 
(8 mn)

Avant même que nous ayons pris conscience de la présence de poissons, dès que nous approchons d'un aquarium, sa plantation flatte notre œil. Entre l'immobilisme des pierres et le mouvement des poissons, la présence végétale constitue un lien qui équilibre l'aquarium dans sa beauté mais plus encore dans ses fonctions vitales.
Une plantation suffisante est bénéfique parce que les besoins des plantes correspondent aux besoins des poissons et qu'entre ces deux familles, animale et végétale, des échanges constants se produisent pour le plus grand bien des deux parties.

La plante respire de deux manières différentes :
• la photosynthèse est la forme d'alimentation principale car la plante se nourrit de dioxyde de carbone (CO2). Sous l'influence d'une lumière suffisante, les végétaux verts ont le pouvoir d'absorber le dioxyde de carbone et de rejeter du dioxygène (O2) pour fabriquer leur nourriture.
• la respiration: notre plante respire dans l’eau, donc absorbe du dioxygène (O2) et rejette du dioxyde de carbone(CO2). L'originalité de la plante vient de ce que la respiration, qui se traduit par des échanges gazeux faibles, n'entre pratiquement en ligne de compte que la nuit, pendant son sommeil.
En conclusion, la balance des échanges «faune-flore» se présente ainsi :
• dioxyde de carbone issu des poissons et absorbé par les plantes
• dioxygène dégagé par les plantes et consommé par les poissons
Outre ces fonctions « techniques », la plante est au poisson ce que l'arbre est à l'oiseau: parfois un apport de nourriture, parfois une source de matériaux utilisés pour la ponte, toujours un lieu d'ombrage, de repos et de protection.

Quel est l’état dans lequel on trouve le plus couramment le dioxygène ?

On trouve d'habitude le dioxygène sous forme de gaz dans l'atmosphère (1/5 de l'air)

Que consomme un poisson lors de sa respiration ?

Il consomme du dioxygène O2, comme nous.

Que rejette-t-il lors de sa respiration ?

Il rejette du dioxyde de carbone CO2, comme nous.

QuÂ’est ce quÂ’une bulle ?

C'est un gaz non-dissous dans un liquide.

Voit-on des bulles lorsquÂ’un poisson respire ?

Non.

Sous quelle forme sont donc le dioxygène et le dioxyde de carbone dans un aquarium ?

Le dioxygène et le dioxyde de carbone sont donc sous formes dissoutes.

Pourquoi un bulleur est indispensable Ă  la survie des poissons dans un aquarium sans plantes ?

Pour que le dioxygène de l'air puisse se dissoudre dans l'eau de l'aquarium. Sans cela, les poissons ne pourraient respirer et mourraient très vite.

3/ L'eau et certains liquides sont miscibles, cela signifie qu'on peut les mélanger.

Comprendre

polaire apolaire liaisonAnimation mélange eau,huile et alcool

Le mot "mélangeable" n'existe pas en français, on emploie le terme "miscible" pour dire que deux liquides peuvent former ensemble un mélange homogène. En chimie, qui se ressemble s'assemble. Si des molécules différentes ont des points communs, elles vont avoir tendance à s'attirer et donc à se mélanger facilement. Les chimistes classent les liquides en deux familles différentes car ils se mélangent pas :
Les liquides polaires (tels que l'eau)
Les liquides apolaires (tels que l'essence et les huiles).

Les liquides apolaires (aussi appelés solvants organiques) sont généralement moins denses que l'eau, il vont donc flotter sur l'eau.

Appliquer

ampoule à décanter

Quand deux liquides ne se mélangent pas, on utilise un ampoule à décanter pour les séparer. Le liquide le plus dense reste au fond et il ne reste plus qu'à le faire couler dans un autre récipient pour le séparer du liquide moins dense.

3/ Exercices

Appliquer

3/ Les flacons mystĂ©rieux 
(5 mn)

On découvre dans une armoire deux flacons identiques tellement anciens que les étiquettes se sont décollées. Ils contiennent le même volume de liquide L'une indique "eau distillée r = 1000g/L Solvant polaire" et l'autre dit : "heptane r = 680g/L Solvant apolaire".

Comment peut-on les reconnaître sans ouvrir les flacons?

Le flacon d'eau sera plus lourd que le flacon d'heptane car l'eau a une plus grande masse volumique que l'heptane.

On décide de les utiliser pour une expérience d'extraction et on vide le contenu des deux flacons dans une ampoule à décanter.

Dessine le schéma de l'ampoule à décanter en n'oubliant pas de le légender.

L'heptane et l'eau ne se mélange pas car les les solvants polaires et apolaires ne se mélangent pas. L'heptane se trouvera au dessus car il est moins dense.

4/ Quand on distille une eau, on sépare l'eau pure (rien d'autre que des molécules d'eau) de tout le reste (minéraux...).

Comprendre

montage de distillationAnimation distillation et moléculeAnimation distillation

La distillation est une technique de séparation par évaporation. On chauffe un mélange et l'espèce la plus volatile(celle qui s'évapore le plus facilement) va devenir gazeuse tandis que la moins volatile va rester sous forme liquide. On a ainsi séparé les deux espèces!
Il ne reste plus qu'à récupérer le gaz sous forme liquide en le refroidissant et ce liquide sera appelé distillat. C'est ainsi que l'on fabrique l'eau pure (aussi appelée eau distillée ou déminéralisée) et les alcools forts.

Dans l'eau minérale, l'eau est bien plus volatile que les minéraux qu'elle contient. De même quand on distille le pétrole, on va récupérer en premier les molécules qui s'évaporent le plus facilement (les plus légères).
Ce principe est utilisé dans les marais salants où l'eau s'évapore et le sel reste en s'agrégeant en cristaux. La distillation est aussi utilisée pour produire de l'alcool supérieur à 12° (concentration maximale que les levures provoquant le fermentation peuvent supporter). Comme l'alcool s'évapore plus facilement que l'eau, les vapeurs que l'on récupérera ne seront que les vapeurs d'alcools et on aura séparé l'alcool de l'eau.

Appliquer

hydrodistillation huile essentiellecours extraction et séparation

Pour réaliser une distillation, on doit tout d'abord chauffer un liquide. On utilise d'habitude un ballon et un chauffe-ballon pour cela. Le chauffe ballon est placé sur un élévateur (ou boy) qui permet de le descendre si on veut arrêter le chauffage en urgence.
Les vapeurs vont être récupérées et refroidies pour que le gaz soit liquéfié (revienne sous sa forme liquide). On utilise la colonne pour empêcher les vapeurs(le gaz) de s'échapper et le réfrigérant pour les refroidir. On va faire passer de l'eau froide dans le réfrigérant pour qu'il soit bien froid. Il faudra veiller à ce que l'eau puisse s'accumuler dans le réfrigérant en mettant l'arrivée d'eau en bas de celui-ci.
Le gaz redevenu liquide va couler du réfrigérant, on l'appellera le distillat.

5/ L'eau de chaux se trouble lorsqu'elle est en présence de CO2.

Comprendre

eau de chaux boisson gazeusemontage eau de chaux respiration

L'eau de chaux contient du CaO dissous(appelé oxyde de calcium par les chimistes ou chaux vive par les maçons). Elle est transparente car l'oxyde de calcium est dissous donc réparti dans toute la solution sous forme de molécules trop petites pour qu'on les voie.
. Quand on met du CO2(dioxyde de carbone) en présence du CaO, il forment ensemble du CaCO3( carbonate de calcium que l'on appelle communément tartre ou calcaire) insoluble dans l'eau. Cela va donc former des petits solides qui vont rendre l'eau de chaux trouble. L'eau de chaux est donc un détecteur de CO2.
Le CO2 (ou dioxyde de carbone) est une molécule très importante car les plantes en ont besoin pour pousser et que c'est le gaz rejeté par la respiration de tous les êtres vivants de la planète. C'est un gaz émis par la grande majorité des combustibles lorsqu'ils brûlent.

6/ La chromatographie permet de séparer les différents constituants d'un mélange homogène grâce au fait que chaque composant "adhère" différemment à la plaque.

Comprendre

Phase
est un milieu, ce peut être un gaz,un solide, un liquide. Deux corps ne se mélangeant pas représenteront deux phases différentes.
Phase mobile ou Ă©luant
Liquide qui va entraîner les espèces chimiques à étudier.
Phase stationnaire ou plaque
Support qui va servir à la montée de l'éluant.

On fait monter un liquide(l'éluant) sur la plaque par capillarité. On met sur son chemin le produit à étudier.
Si le produit a beaucoup d'affinités avec le liquide(ils se mélangent bien ensemble), il va monter aussi rapidement que liquide.
S'il a beaucoup d'affinités avec la plaque, il va monter lentement car il sera retenu par la plaque.
Chaque molécule étant différente, on va pouvoir reconnaître une molécule à sa vitesse d’ascension et les différentes molécules contenues dans un mélange ne monteront pas à la même vitesse.

La chromatographie permet de séparer les différents constituants d'un mélange. Elle permet également d'identifier ces constituants si on connaît le rapport frontal ou qu'on dispose d'un échantillon de référence pour le comparer.

Appliquer

Rapport frontal methode placement plaque CCMchromatographie sur couche mince Cours chromatographie Animation chromatographie
Rapport frontal
rapport entre la distance parcourue par un soluté et la distance parcourue dans le même temps par l'éluant.
Cuve Ă  Ă©lution
Cuve où l'on réalise la chromatographie, elle contient l'éluant

La plaque est fragile il faut donc Ă©viter de mettre les doigts dessus, en particulier lĂ  oĂą la migration va se produire.
On dessine au crayon à papier une ligne parallèle au bas du papier (à un centimètre environ). On dépose les gouttes des différents corps en solution sur la ligne de base, on laisse sécher la plaque pour que le solvant s'évapore.

La plaque est placée le plus verticalement possible dans la cuve à élution. Il faut alors éviter de remuer le dispositif pendant l'élution. On laisse l'éluant monter par capillarité jusqu'à environ un centimètre du bord supérieur de la plaque. On repère alors la position atteinte par le solvant à l'aide d'un trait de crayon très fin. Ce trait est appelé front du solvant.

Lorsque l'opération précédente est achevée et que la plaque est sèche, il faut, dans le cas où les taches sont incolores, les faire apparaître, c'est la révélation. Cette révélation peut se faire de différentes manières suivant les corps que l'on veut mettre en évidence (lampe à UV, solution de permanganate de potassium, diiode etc...), le principe étant de choisir un révélateur qui donne soit une réaction physique soit une réaction chimique afin que l'on voie les taches.

Les différentes tâches présentes sur le chromatogramme représentent les espèces chimiques différentes composant les solutions posées sur la plaque.

Chromatographie : mode d'emploi
Rapport frontal

On peut calculer le rapport frontal afin de comparer les résultats donnés par deux plaques différentes.Deux corps présentant le même rapport frontal (Rf) sont identiques.
Pour chaque tache révélée on détermine donc le rapport frontal:
Rapport frontal = hH
h la hauteur parcourue par une tache entre la ligne de base et sa position au moment de la révélation
H représente la hauteur parcourue par le front du solvant entre la ligne de base et le front du solvant

En comparant les rapports frontaux des taches laissées par l'échantillon étudié aux rapports frontaux des taches laissées par les corps de référence (authentiques), il est possible de déterminer la composition de l'échantillon. Si le corps étudié ne présente qu'une tache après révélation on peut affirmer qu'il est pur.