Obtention du corps pur à partir d'un mélange homogène, comment séparer les constituants d'un mélange homogène ?

🔹 Que signifie mélange homogène et quelles sont les techniques utilisées pour séparer ses différents constituants ?
◉ Définition d'un mélange homogène :
◉ Méthodes de séparation des constituants d'un mélange homogène :

🔹 Que signifie vaporisation et en quoi consiste-t-elle ?

◉ Définition de la Vaporisation :

🔹 Comment séparer des constituants d'un mélange homogène par évaporation ?  

◉ Definition de l'évaporation :

◉ Exemple de séparation des constituants d'un mélange homogène par évaporation :  

🔹Comment séparer des constituants d'un mélange homogène par ébullition ?

◉ Définition de l'ébullition :

◉ Exemple de séparation des constituants d'un mélange homogène par ébullition :

🔹Que signifie la distillation et en quoi consiste-t-elle ?

◉ Definition de la distillation :

◉ Quand utilise-t-on la distillation simple ?
◉ Mode opératoire de la distillation simple :
◉ Quand utilise-t-on la distillation fractionnée ?

◉ Mode opératoire de la distillation fractionnée :

🔹 Que signifie la cristallisation fractionnée et en quoi consiste-t-elle ? 

◉ Définition de la cristallisation fractionnée :

◉ Mode opératoire de la cristallisation fractionnée :

🔹 Que signifie la chromatographie et en quoi consiste-t-elle ?

◉ Definition de la chromatographie : 

◉ Mode opératoire de la chromatographie :

🔹 Que signifie la sublimation et en quoi consiste-t-elle ? 
◉ Définition de la sublimation :
◉ Mode opératoire de la sublimation :

🔹 Que signifie mélange homogène et quelles sont les techniques utilisées pour séparer ses différents constituants ?

◉ Définition d'un mélange homogène :

Un mélange homogène est une réunion d'au moins deux corps purs. Dans un mélange homogène, l'oeil nu ne distingue qu'une seule phase. Cette phase peut être un gaz, un solide ou un liquide. Chaque corps pur entrant dans la constitution d'un mélange homogène garde ses propriétés physico-chimiques, c'est-à-dire, il n'y a aucune réaction chimique entre les différentes substances constituant le mélange homogène.

Dans la nature, toutes les substances sont mélangées les unes aux autres. Pour obtenir des corps purs à partir des mélanges existant dans la nature, on fait appel à plusieurs techniques pour obtenir des corps purs, ces techniques varient selon la nature des mélanges et les substances mélangées. Dans ce qui suit nous allons voir des techniques de séparation des constituants d'un mélange homogène.

◉ Méthodes de séparation des constituants d'un mélange homogène :

La séparation des différents constituants d'un mélange homogène est plus difficile que la séparation des constituants d'un mélange hétérogène.

Pour séparer les différentes substances qui composent un mélange homogène, on utilise les méthodes de séparation des constituants d'un mélange homogène les plus connues. Parmi ces méthodes, on trouve : la vaporisation qui peut être soit une évaporation, soit une ébullition, la distillation simple, la distillation fractionnée, la cristallisation fractionnée, la chromatographie et la sublimation.

🔹 Que signifie vaporisation et en quoi consiste-t-elle ?

◉ Définition de la Vaporisation :

La vaporisation est le passage d'un corps de l'état liquide à l'état gazeux. La vaporisation s'appelle évaporation si le passage de l'état liquide à l'état gazeux se fait à la température ordinaire. Si le passage de l'état liquide à l'état gazeux se fait en bouillant le liquide, la vaporisation s'appelle ébullition.

On utilise la vaporisation lorsqu'on veut récupérer des solides dissous dans un liquide. Le liquide présent dans le mélange homogène se transforme en gaz et quitte le mélange, tandis que le solide dissous ne se vaporise pas mais reprend son état initial.  

Nous avons vu que la vaporisation peut-être soit une évaporation, soit une ébullition. Dans ce qui suit nous allons voir comment séparer les constituants d'un mélange homogène par évaporation ou par ébullition. 

🔹 Comment séparer des constituants d'un mélange homogène par évaporation ?  

◉ Definition de l'évaporation :

L'évaporation est le passage d'une substance de son état liquide à son état gazeux sous température ordinaire et d'une façon progressive. 

◉ Exemple de séparation des constituants d'un mélange homogène par évaporation :

Nous allons voir un exemple de mélange homogène sur lequel on applique la méthode d'évaporation pour séparer ses constituants.

Prenons par exemple l'eau salée qui est un mélange homogène constituée de chlorure de sodium dissous dans de l'eau. Mettons-le dans récipient, puis exposons le récipient contenant le mélange à l'air et aux rayons solaires pendant quelques jours, l'eau s'évapore et les cristaux de chlorure de sodium se déposent au fond du récipient. C'est l'évaporation de l'eau présent dans le mélange homogène qui a permis de séparer le chlorure du sodium (sel) de l'eau.

L'évaporation est donc une méthode de séparation des constituants d'un mélange homogène.

Dans les bassins d'extraction du chlorure de sodium ou sel à partir de l'eau salée des mers, la méthode utilisée est l'évaporation.

L'évaporation est un mécanisme très lent qui s'effectue à la surface libre du mélange. Elle dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels, on trouve : 

✤ La surface libre du mélange qui est exposée à l'air et aux rayons solaires, plus la surface exposée est importante plus l'évaporation est intense.

✤ La température du milieu et du mélange, plus leur température est élevée plus l'évaporation est importante.

✤ L'agitation de l'air et son humidité, plus l'air est sec et agité, plus l'évaporation est énorme.

🔹 Comment séparer des constituants d'un mélange homogène par ébullition ?

◉ Définition de l'ébullition :

L'ébullition est le passage d'une substance de son état liquide à son état gazeux en la faisant bouillir, c'est une vaporisation rapide. La vaporisation de cette substance a lieu lorsque sa température atteint son point d'ébullition contrairement à l'évaporation qui se fait à température ordinaire.   

◉ Exemple de séparation des constituants d'un mélange homogène par ébullition :

Dans ce cas, nous allons prendre de l'eau minérale comme exemple de mélange homogène, nous allons séparer les solides dissous du liquide par ébullition. nous versons une quantité d'eau minérale dans un récipient. Ensuite, nous chauffons l'ensemble à l'aide d'un bec bunsen. La température du mélange augmente. Quand la température du mélange atteint le point d'ébullition de l'eau, ce dernier commence à se vaporiser. Après un moment, Il n'ya plus d'eau dans le récipient, toute la quantité d'eau s'est vaporisée. Il reste seulement des traces de minéraux sur les parois du récipient sous forme d'une poudre blanche. Donc, les minéraux dissous se séparent de l'eau et reprennent leur état initial car ils ne s'évaporent pas.

🔹 Que signifie la distillation et en quoi consiste-t-elle ?

◉ Definition de la distillation :

La distillation est une méthode de séparation de certains composants d'un mélange homogène dont les températures d'ébullition sont différentes. La distillation d'un corps est l'ensemble de deux opérations qui sont : le passage de l'état liquide à l'état gazeux par ébullition puis le retour de la vapeur à l'état liquide par condensation pour obtenir le liquide plus pur. La distillation se base donc sur les transformations liquide-gaz-liquide. on distingue deux types de distillation : la distillation simple et la distillation fractionnée.

◉ Quand utilise-t-on la distillation simple ?

On utilise la distillation simple lorsqu'on est en présence de solides dissous dans un liquide et on a une grande différence entre les points d'ébullition des différentes substances qui composent le mélange homogène que l'on veut séparer ses constituants.

◉ Mode opératoire de la distillation simple :

L'appareil utilisé lors d'une distillation simple est la colonne à distiller constituée d'un ballon à distiller, d'un réfrigérant à eau et d'un ballon de réception des gouttes de distillat.

Le mélange homogène que nous allons séparer ses constituants en utilisant la distillation simple est l'eau salée qui est constitué d'eau et de chlorure de sodium dissous dans cette eau.

Versons dans le ballon à distiller de l'eau salée qui est un mélange homogène. Ensuite, chauffons le liquide grâce à un bec Bunsen. L'eau salée commence à bouillir et passe à l'état gazeux, elle se vaporise. La vapeur d'eau passe ensuite dans le réfrigérant où elle se condense et repasse à l'état liquide. on recueille dans le ballon de réception les gouttes condensées. Le liquide collecté est appelé distillat. Il est limpide et n'a plus le goût de sel, c'est de l'eau distillée.

L'eau bien distillée est un corps pur.

Remarques :

✦ L'eau distillée contient encore un peu de gaz dissous car la distillation se fait dans l'air qui est composé de gaz, c'est très facile d'éliminer les gaz dissous dans l'eau distillée, il suffit seulement de la chauffer un peu.

✦ Au début de la distillation, on obtient une eau plus pure. En fin de la distillation, la vapeur entraîne avec elle un peu des corps dissous. Pour que l'eau ne contienne plus de corps dissous, on recommence deux ou trois fois la distillation avec l'eau obtenue à la distillation précédente.

◉ Quand utilise-t-on la distillation fractionnée ?

On utilise la distillation fractionnée lorsqu'on veut séparer les composants d'un mélange de liquides miscibles qui ont des points d'ébullition différents.

◉ Mode opératoire de la distillation fractionnée :

Le matériel utilisé lors d'une distillation fractionnée est composé de :

Un ballon dans lequel, on place le mélange homogène de liquides miscibles à séparer, une colonne à fractionnement, un réfrigérant, un thermomètre, un tube d'écoulement, des récipients pour collecter le distillat.

On met le mélange homogène de liquides miscibles dans le ballon et on le chauffe lentement jusqu'à ébullition. Le liquide le plus volatile atteint le premier son point d'ébullition. Donc, Le liquide qui a la température d'ébullition la plus basse se vaporise.  

Quand la vapeur de la première substance qui s'est vaporisée arrive au réfrigérant, elle se condense et reprend son état initial. 

On collecte les gouttes condensées de la première substance dans un récipient puis on augmente la température et on change le récipient. Quand une deuxième substance atteint son point d'ébullition, elle se vaporise à son tour puis se condense au réfrigérant. On collecte la deuxième substance dans un nouveau récipient. On répète cette opération jusqu'à extraire tous les liquides qui composent le mélange homogène séparés les uns des autres.

🔹 Que signifie la cristallisation fractionnée et en quoi consiste-t-elle ? 

◉ Définition de la cristallisation fractionnée :

La cristallisation fractionnée est une méthode de séparation de certains constituants d'un mélange homogène. La cristallisation fractionnée se base sur les transformations liquide-solide-liquide.

◉ Mode opératoire de la cristallisation fractionnée :

Nous allons montrer dans ce paragraphe comment séparer des constituants d'un mélange homogène par cristallisation fractionnée. Prenons comme exemple de mélange homogène de l'eau salée. versons le mélange dans un ballon. Ensuite, plongeons le ballon dans un liquide réfrigérant pour abaisser la température de l'eau salée jusqu'à -15 degrés Celsius. Ce refroidissement entraîne la formation de cristaux dans le mélange. On sépare ces cristaux du liquide par filtration. La fusion de ces cristaux donne une eau qui n'a pas le goût du sel. C'est une eau pure. Les premiers cristaux formés ne contiennent pas de sel dissous. Par contre, l'eau qui n'est pas transformée en cristaux est très salée.

La cristallisation fractionnée est l'ensemble de deux opérations qui sont : la formation des premiers cristaux dans le mélange liquide puis la séparation de ces cristaux du liquide, avant leur fusion pour obtenir un liquide plus pur.  

Remarques :

✦ Pour obtenir de l'eau très pure, on doit recommencer cette opération plusieurs fois sur l'eau obtenue à partir des premiers cristaux.

✦ Seulement une partie ou une fraction du mélange initial qui permet d'obtenir de l'eau pure, c'est la partie cristallisée. D'où, le nom de cristallisation fractionnée.

🔹 Que signifie la chromatographie et en quoi consiste-t-elle ?

◉ Definition de la chromatographie : 

La chromatographie est une méthode que l'on utilise pour séparer les constituants d'un mélange homogène composé de substances colorées. 

◉ Mode opératoire de la chromatographie :

A l'aide d'un papier filtre, on prépare une plaque de chromatographie sous forme d'un rectangle. Dans un bécher, on verse un éluant composé d'eau salée et d'éthanol sur une hauteur de 1 cm. Sur la bande de papier filtre ou la plaque de chromatographie, on dépose sur une hauteur de 2 cm à partir du fond du bécher une goutte du mélange homogène coloré que l'on veut séparer ses constituants colorés, puis on place le papier filtre dans le bécher d'une façon verticale, le bas du papier filtre est immergé dans l'éluant au fond du bécher, la goutte du mélange se trouve au dessus de l'éluant à un espace de presque 1 cm. Il faut que la trace du mélange déposée sur le papier filtre ne soit pas en contact avec l'éluant.

Le papier filtre absorbe l'éluant, ce dernier monte par capillarité en entraînant avec lui les différentes substances colorées qui composent le mélange homogène. Comme les différents constituants de ce mélange homogène n'ont pas la même vitesse de migration, ils vont donc se séparer et donnent des taches de couleurs différentes. 
Finalement, on obtient ce que l'on appelle un chromatogramme. Ce dernier est représenté par différentes taches obtenues sur le papier filtre après séparation des différents corps purs qui composent le mélange. Le chromatogramme sert à identifier les composants d'un mélange homogène formé de substances colorées. Le nombre de tâches sur le chromatogramme nous renseigne sur le nombre de substances qui composent le mélange tandis que les couleurs des tâches nous informent sur la nature des substances constituant le mélange. Le chromatogramme d'un corps pur est représenté par une seule tâche. 

🔹 Que signifie la sublimation et en quoi consiste-t-elle ? 

◉ Définition de la sublimation :

La sublimation est un changement d'état qui se traduit par le passage direct d'une substance de son état solide à son état gazeux sans passer par létat liquide. La sublimation d'une substance ne comprend ni l'étape de fusion ni l'étape de vaporisation.
L'opération inverse de la sublimation, c'est-à-dire le passage direct de l'état gazeux à l'état solide est appelé condensation.

◉ Mode opératoire de la sublimation :

Si un mélange homogène comprend parmi ses constituants un corps solide qui se sublime. La séparation de ce corps du reste du mélange se fait par sublimation. On chauffe le mélange jusqu'au point de sublimation du corps qui se sublime. Le corps solide que l'on veut extraire par sublimation s'évapore; il passe directement de l'état solide à l'état gazeux sans passer par l'état liquide. En abaissant la température, le corps sublimé se condense et reprend son état initial qui est solide. Finalement, le corps séparé de l'ensemble du mélange par sublimation est un corps pur.

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