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Univers matériel 2 transformations

Voici les notes de cours que nous utiliserons dans le cadre du cours de sciences cette année. Dans cette section nous allons couvrir plusieurs concepts relatif à l'univers matériel. Nous y traiterons plus particulièrement des différents changements qui la matière peut subir.

Table des matières

Les transformations de la matière

Les mélanges

Les solutions

Les techniques de séparation des mélanges

Les transformations de la matière se définissent comme l'ensemble des changements physiques, chimiques et énergétiques de la matière.

Une feuille de papier que l'on plie (à gauche) ou des bûches qui brûlent (à droite) sont deux exemples de changements que la matière peut subir.

Les changements physiques ne modifient ni la nature ni les propriétés caractéristiques de la matière. Les propriétés sont les mêmes avant et après le changement. Les changements d'états font partis de cette catégorie.

La glace qui fond est un changement physique

​​Les changements chimiques modifient la nature et les propriétés caractéristiques de la matière. De nouvelles substances sont donc formées à la suite de la réaction.

La rouille est un exemple de changement chimique (oxydation)

Les mélanges

Un mélange est l'association de plusieurs substances. Les propriétés d'un mélange dépendent des substances qui le composent.

Lorsqu'on mets ensemble du lait et du sirop de chocolat on obtient un mélange, le lait au chocolat.

Les mélanges hétérogènes

Un mélange hétérogène est un mélange dans lequel deux ou plusieurs phases sont visibles (plusieurs constituants visibles).

Les particules sont facilement identifiables dans un mélange hétérogène

Les mélanges homogènes

Un mélange homogène est un mélange d'au moins deux substances dans lequel une seule phase est visible (un seul constituant visible). Les différents constituants sont impossibles à distinguer.

Dans un mélange homogène les particules des substances sont réparties uniformément donc difficiles à distinguer.

Certaines caractéristiques sont propres aux mélanges homogènes:

  • On ne peut pas y distinguer les différents constituants du mélange.
  • On ne distingue qu’une seule phase et une seule couleur.
  • Il a des propriétés identiques en tout point du mélange

Les solutions

Une solution est un mélange homogène dans lequel on ne peut pas distinguer les substances qui le composent, même à l'aide d'un instrument d'observation. Elle est composée d'un solvant et d'un ou plusieurs solutés.

Le soluté est la substance présente en plus petite quantité dans une solution. C'est la substance qui est dissoute dans le solvant.

Le solvant est la substance présente en plus grande quantité dans une solution. C’est dans le solvant que l’on peut dissoudre le soluté.

Il est possible de retrouver des solutions pour chacun des états de la matière (solide, liquide et gazeux).

  • État solide: carbone (soluté) et fer (solvant) forme l'acier.
  • État liquide: gaz carbonique (soluté) et eau (solvant) forme de l'eau minérale.
  • État gazeux: oxygène (soluté) et azote (solvant) sont une grande proportion de l'air que nous respirons.

Les techniques de séparation des mélanges

Ces techniques servent à isoler ou à séparer certains constituants des mélanges dans lesquels ils se trouvent.

Souvent, il est nécessaire pour obtenir une substance pure, de la séparer des autres substances qui l'accompagnent. On peut les séparer par des moyens physiques. Voici celles qui sont à l'étude cette année:

  • La décantation (sédimentation)
  • La filtration
  • Le tamisage
  • L'évaporation
  • La distillation
  • La centrifugation

Le choix de la technique varie en fonction du mélange, de la substance que l'on doit séparer du reste du mélange et des phases qui constituent le mélange.

La décantation (sédimentation)

C'est un processus qui permet de séparer des liquides non miscibles qui n’ont pas la même masse volumique (densité), comme par exemple l'huile et l'eau.

La décantation peut aussi permettre de séparer des particules solides en suspension d'un liquide, ce qui est souvent nommé sédimentation. Lors de la sédimentation, les particules en suspension cessent de se déplacer et se déposent dans le fond du récipient.

Une fois que les particules en suspension se sont bien déposées dans le fond du contenant, on utilise une tige de verre pour verser le liquide dans un autre contenant.

Décanter à l'aide d'une tige de verre

Le prochain vidéo est en anglais mais la décantation et la filtration y sont très bien expliqués.

La filtration

C'est une technique qui permet de séparer les constituants d’un mélange lorsqu’un des constituants est sous la phase liquide et l’autre, sous la phase solide.

Pour ce faire, on utilise un filtre. Ce filtre permet de retenir les particules solides qui sont plus grosses que les pores (trous) du filtre.

Montage à faire pour une filtration

Le liquide qui passe au travers du filtre est appelé filtrat et le solide qui reste dans le filtre est appelé résidu. Cette technique peut être utilisée pour séparer de l’eau et un composé comme du CaCO3 (poudre blanche).

Il est cependant impossible de récupérer un solide qui est dissout dans le liquide.

Le tamisage

La technique consiste à séparer les constituants d’un mélange de substances solides à l’aide d’un tamis.

On peut séparer un mélange de sable fin et de cailloux à l’aide d’un tamis. Il suffit de passer tout le mélange à travers le tamis. Ainsi, les cailloux demeureront sur le tamis et le sable fin passera au travers.

Un tamis, c’est un instrument qui ressemble à un grillage. L’espace entre les fils est plus ou moins grand.

L'évaporation

C'est est un processus par lequel on élimine la partie liquide d'un mélange en le transformant en gaz.

On peut laisser le liquide du mélange s'évaporer à température ambiante, ou accélérer le processus en chauffant le mélange.

L'évaporation sert à récupérer la partie solide d'un mélange hétérogène ou encore le soluté solide d'une solution.

La distillation

C'est une technique de séparation de deux substances liquides miscibles (qui se mélangent).

Cette technique, fait appel à la propriété de point d'ébullition. On chauffe le mélange jusqu’à ce qu'on atteigne le point d’ébullition d’un des constituants. Ce liquide s’évapore alors et les vapeurs sont recueillies et condensées dans un autre récipient. Pendant que le premier liquide s'évapore (distillat), le deuxième n'atteint pas sa température d'évaporation et reste sous forme liquide dans le contenant initial (résidu).

Montage pour une distillation simple

Grâce à cette technique, on peut séparer un mélange d’alcool et d’eau. L’alcool a une température d’ébullition plus basse que l’eau, alors elle s’évaporera en premier. Les vapeurs d’alcool seront recueillies et refroidies. Cette condensation permettra de récupérer l’alcool (distillat) dans un autre contenant. L’eau (résidu) restera dans le contenant initial.

La centrifugation

C'est une technique de séparation qui, par l’action de la force centrifuge, permet de séparer de deux à trois phases.

Le mélange est entraîné dans un mouvement de rotation très rapide. Les particules solides les plus lourdes sont alors poussées vers les parois du récipient sous l'action de la force centrifuge, alors que les particules plus légères et les liquides restent en surface.

L’appareil qui sert à réaliser une centrifugation est appelé centrifugeuse.

C'est le même principe de fonctionnement que pour une essoreuse à salade. On place la salade dans l’essoreuse et on fait tourner le tout très rapidement. Les feuilles de laitue collent à la paroi du panier tandis que l’eau colle à la paroi du récipient. Lorsque tout arrête de tourner, l’eau tombe et elle est récupérée dans le bas du panier.

Credits:

Created with images by stevepb - "apothecary pharmacy chemist" • ennelise - "origami folding paper bird" • jameelwinter - "Fire" • Wounds_and_Cracks - "glass ice cube" • shuraki - "chain chains iron" • caro_oe92 - "shake chocolate banana"

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