Physique/Cinquieme/Eau/Cours/Chap2-chimie-prof5.doc
... cahier et les faire remplir Cours/Cinquieme/ TP/5CCIT-pollution.pdf extrait de
la ... Première étape : on filtre pour éliminer les gros déchets (c'est le tamisage).
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ttelettes d'huile se sont dispersées dans l'eau : l'huile et l'eau forment une émulsion.
Après avoir laissé reposer, les deux liquides se séparent à nouveau et l'huile surnage au-dessus de l'eau (voir fig. 1c p 52). Lhuile et leau ne peuvent pas se mélanger : on dit quils ne sont pas miscibles.
On observe deux liquides séparés ou deux constituants : on dit que le mélange est hétérogène. Le pur jus d'orange, par exemple, est un mélange hétérogène.
Conclusion :
L'eau et l'alcool à brûler :
Effectuons la même expérience qu'au paragraphe précédent mais avec de l'eau et de l'alcool à brûler. Nous constatons alors que le contenu du tube à essai est limpide (voir fig. 2a p 52). Si nous agitons le mélange, il reste limpide (voir fig. 2b p 52). L'alcool à brûler et l'eau se mélangent complètement : on dit qu'ils sont miscibles.
On observe un seul constituant et on dit du mélange qu'il est homogène. Le pur jus de pomme, par exemple, est un mélange homogène.
Conclusion :
Remarque :
Certains liquides ne sont pas miscibles avec leau mais le sont avec dautres liquides. Cest le cas de lacétone qui se mélange facilement à lhuile. On peut donc utiliser lacétone pour nettoyer les taches de graisses sur les métaux.
Il arrive que lon souhaite tout de même mélanger deux liquides non miscibles, par exemple lorsquon souhaite mélanger de lhuile et du vinaigre (qui contient principalement de leau) pour faire une vinaigrette. Pour que ces deux produits non miscibles se mélangent, il faut utiliser un produit qui les force à se mélanger : un émulsifiant. Dans la vinaigrette, cest la moutarde qui joue ce rôle. Cest également en utilisant une sorte démulsifiant que lon arrive parfois à disperser les nappes de pétroles qui ne sont pas miscibles avec leau de mer.
II ) Séparer les constituants d'un mélange (Voir livre p 53-55)
Une grande partie de leau que nous consommons vient des fleuves et des rivières. Comment peut-on séparer le sable et la vase mélangés à ces eaux ?
Réponse : avant darriver à notre robinet, les eaux des fleuves et rivières sont filtrées puis décantées. Examinons comment se passent ces deux opérations. Nous verrons ensuite quil existe dautres méthodes pour séparer les constituants dun liquide.
Décantation et filtration :
Lors de la préparation dun jus dorange, nous obtenons un mélange hétérogène constitué de jus (liquide) et de pulpe dorange (solide). Si nous souhaitons enlever la pulpe présente dans le mélange, deux méthodes sont possibles : la décantation et la filtration.
La décantation (voir fig. 3 et 4 p 53) :
La décantation consiste à laisser reposer le jus dorange suffisamment longtemps pour que la pulpe tombe au fond du verre. On peut ensuite verser dans un autre verre le jus dorange (sans pulpe) qui surnage. Si lopération sest faite sans que le mélange ait été secoué, on arrive à récupérer la plus grande partie du jus sans pulpe : on obtient un mélange hétérogène (constituée deau, darômes et de colorants venant de lorange).
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La décantation fonctionne particulièrement bien pour séparer des constituants qui tombent facilement au fond du liquide, comme le sable ou la boue. Elle est dailleurs utilisée lors du traitement des eaux usées (voir livre p 56-57).
Pour accélérer la décantation, on peut utiliser une centrifugeuse qui en faisant tourner le mélange permet d'obtenir la séparation entre la partie liquide et la partie solide (Voir schéma 2)
Conclusion :
La filtration (voir fig. 5 et 6 p 54) :
Lautre méthode pour séparer la pulpe et le jus dorange est deffectuer une filtration. Pour cela, on peut utiliser une passoire assez fine pour retenir la pulpe dorange ou encore du papier filtre (comme un filtre à café). Le jus avec pulpe est versé dans la passoire (ou sur le papier filtre) qui arrête la pulpe et seul le jus est récupéré de lautre côté.
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Cette méthode est assez rapide si la pulpe est en gros morceaux, mais si la pulpe est très fine, elle bouche la passoire (ou le filtre) provoquant un écoulement très lent du liquide.
On utilise la filtration pour le traitement des eaux usées où elle permet darrêter les gros déchets à lentrée de lusine de retraitement deau (voir livre p 56-57).
Conclusion :
Evaporation et distillation :
Le jus dorange homogène que nous avons obtenu par décantation ou filtration contient encore plusieurs constituants : sucre, arôme dorange, eau, etc. Pour en extraire leau, nous pouvons procéder de deux façons : par évaporation ou par distillation.
L'évaporation (voir fig. 7 et 8 p 54) :
Si nous faisons chauffer à feu doux le jus dorange, leau quil contient va progressivement séchapper du récipient sous forme de vapeur deau. Cette méthode est utilisée pour obtenir les sirops de fruits. Si nous continuons de chauffer, lorsque toute leau se sera échappée, il restera le sucre et les constituants qui donnent la couleur et le goût au jus dorange : les extraits dorange. Leau qui sest évaporée dans latmosphère nest pas récupérable.
Le même phénomène peut se produire à la température ambiante à condition d'être patient. Le liquide disparaît au bout de quelques jours et une fine poudre reste sur le récipient (voir livre p 54-55).
Conclusion :
La distillation (voir fig. 9 p 55) :
La distillation nécessite un montage un peu plus compliqué.
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Dans ce montage, on distingue deux parties : la colonne dans laquelle on fait évaporer leau et le réfrigérant qui servira à condenser leau sous forme liquide à la sortie du dispositif. Le plus important est de bien contrôler la température de chauffage pour ne faire évaporer que leau (d'où l'utilisation du thermomètre).
La distillation permet de récupérer leau présente dans le mélange, donc de séparer les constituants dun mélange homogène. Elle repose sur deux changements détat inverses : lévaporation et la condensation. Lévaporation de leau permet de séparer leau, sous forme de vapeur, du reste du mélange. Leau est ensuite récupérée sous la forme liquide par condensation au contact dune surface froide.
Cette technique est également utilisée (dans un alambic, par exemple) pour séparer leau de lalcool lors de la fabrication deau de vie. Mais, dans ce cas, cest lalcool qui est récupéré à la sortie du dispositif car sa température dévaporation est plus basse que celle de leau.
Conclusion :
Leur faire ensuite fermer leur cahier et les faire remplir Cours/Cinquieme/ TP/ HYPERLINK "5CCIT-pollution.pdf" 5CCIT-pollution.pdf extrait de la banque du HYPERLINK "http://www.education.gouv.fr/banqitem/" ministère de l'éducation.
III ) L'eau du robinet (Voir livre p 56-57)
Les Français consomment de 150 à 200 litres deau par jour et par habitant.
Doù vient cette eau et où va-t-elle une fois consommée ?
Obtenir de l'eau potable :
Rappel : Leau est présente partout mais seule une faible partie de celle-ci est utilisable pour notre consommation.
D'où vient l'eau ?
Les nappes souterraines : eau filtrée par le sol et donc facile à traiter une fois pompée. Parfois, cette eau remonte par elle-même à la surface : sources.
Les rivières et les fleuves : eau chargée en particules qui rendent son traitement plus coûteux.
Les mers et océans : fabrication deau douce en dessalant leau de mer mais méthode au coût très élevé.
Les transformations de l'eau :
Leau des rivières, et dans une moindre mesure celle des sources, nest pas consommable directement à cause de la présence de sable, boues, produits toxiques, bactéries.
Première étape : on filtre pour éliminer les gros déchets (cest le tamisage).
Deuxième étape : on élimine les particules restantes en les laissant se déposer (décantation) après les avoir agglomérées (floculation).
Troisième étape : on filtre sur du sable fin pour enlever les dernières impuretés.
Quatrième étape : élimination des germes nocifs (stérilisation avec de lozone et du chlore).
Cinquième étape : élimination éventuelle des substances dangereuses comme les nitrates ou larsenic par des filtres chimiques.
Distribuer l'eau :
Le stockage de l'eau :
Il seffectue dans dimmenses réservoirs où la pureté de leau est contrôlée en permanence.
Puis pompage vers des châteaux deau pour la distribution.
La consommation de l'eau :
Leau ne doit pas être gaspillée.
Attention aux fuites : une goutte deau par seconde correspond à une consommation de 1 000 l par an.
Epurer les eaux usées :
Nécessité de ne pas rejeter dans la nature les eaux usées ; doù leur épuration. Le principe est le même que la purification de leau avant consommation : filtrage puis élimination des matières toxiques dissoutes.
Première étape : filtrage à travers des grilles qui retiennent les gros déchets.
Deuxième étape : décantation des sables et élimination des graisses dans un grand bassin.
Troisième étape : décomposition des matières organiques par des bactéries dans un bassin daération.
Quatrième étape : élimination de ces bactéries dans un bassin de clarification avant de rejeter leau propre dans les rivières ou dans la mer.
IV ) La chromatographie (Voir livre p 58)
Le sirop de menthe vendu dans le commerce est vert. Comment explique-t-on cette couleur ?
Réponse : on pourrait penser quelle vient de la chlorophylle verte présente dans les feuilles de menthe. Il sagit en fait de colorants synthétiques ajoutés. Pourquoi utilise-t-on ces colorants et comment peut-on les mettre en évidence ?
Les colorants alimentaires :
Pour préparer un thé à la menthe, il faut mettre des feuilles de menthe dans leau chaude qui prend alors le goût de la menthe. Pourtant, leau ne devient pas verte car la chloro- phylle qui colore en vert la feuille de menthe ne se dissout pas facilement dans leau. Il en est de même lorsquon réalise un sirop à partir dextraits de feuille de menthe : celui-ci est légèrement jaunâtre. Or nous associons souvent la couleur de nos aliments avec leur goût, les industriels ont donc très rapidement vu lintérêt de rajouter des colorants aux aliments pour attirer les consommateurs.
Les colorants naturels ne se conservent pas toujours très bien dans le temps et leur coût est souvent élevé. En 1856, en découvrant le premier colorant synthétique, lAnglais Perkins ouvre la voie vers leur utilisation massive dans notre alimentation et dans bien dautres produits de notre vie quotidienne.
Sur les étiquettes de nos aliments, les colorants sont indiqués par des codes allant de E100 à E180. À chaque code, correspond un colorant précis :
CouleurCodeNomDose journalière admissible
En mg/kg de masse corporelleJauneE 100CurcumineAdmis sans DJAJauneE 101LactoflavineAdmis sans DJAJauneE 102Tartrazine7,5OrangeE 110Jaune orangé2,5RougeE 120CochenilleAdmis sans DJARougeE 122Azorubine2,0RougeE 124Rouge-cochenille0,15BleuE 131Bleu-patenté v2,5VertE 140ChlorophyllesAdmis sans DJABrunE 150CaramelAdmis sans DJANuances diverses E 160CaroténoïdesDJA diverses
Létiquette dun sirop de menthe indique lutilisation des colorants E131 et E102 : du jaune et du bleu mélangés pour donner du vert.
Les colorants synthétiques ne sont pas toujours inoffensifs pour la santé. Certains possèdent dailleurs une dose journalière admissible (DJA) : cest la dose de colorant à ne pas dépasser, calculée pour une personne adulte denviron 70 kg. Le risque de dépassement de ces doses est encore mal connu sur lhomme, mais on a mis en évidence lapparition de cancers, de malformations et dirritations en cas de doses trop fortes sur des animaux. Comme ces colorants sont très utilisés dans les bonbons, voilà une bonne raison pour ne pas en abuser !
L'extraction des colorants :
Première étape :
Extraire un colorant dun sirop, cest le séparer des autres constituants de ce sirop. Le morceau de laine naturelle que nous allons utiliser va nous permettre de fixer le colorant en milieu acide (voir chap. 4).
Protocole : nous utilisons du sirop de menthe. Cest une solution qui contient du sucre, des extraits naturels de menthe et des colorants. Dans un bécher, introduisons environ 1 ml de laine, 20 ml de sirop de menthe et 5 ml dacide acétique (vinaigre blanc). Portons le mélange à ébullition pendant environ 10 minutes. Retirons ensuite la laine et rinçons-la abondamment à leau pour enlever le sucre.
Observation : la laine est devenue verte. Les colorants du sirop de menthe se sont fixés dessus. La présence du milieu acide a permis au colorant de bien se fixer sur la laine.
Deuxième étape :
Il faut maintenant récupérer le colorant fixé sur la laine. Pour cela, il faut la placer en milieu basique (voir chap. 4) comme si on voulait laver une tache sur un pull en laine.
Protocole : introduisons maintenant dans un autre bécher 15 ml dune solution dhydroxyde de sodium (soude) et le morceau de laine puis portons à ébullition douce.
Observation : le colorant quitte progressivement la laine et se dissout dans la soude. Nous pouvons obtenir une solution plus concentrée en colorant en faisant évaporer un peu deau de cette solution.
La séparation des colorants :
Pour séparer les constituants dun mélange de colorants, nous procédons par chromatographie (voir fig. 12 p 58).
Protocole : dans un petit bécher, nous préparons la solution suivante : 5 ml deau salée à 40 g/l (voir chap. 3) et 1 ml déthanol (alcool à brûler). Nous découpons un morceau de papier filtre à une dimension légèrement inférieure au bécher. À 2 cm du bas du papier filtre, nous plaçons une petite goutte dune solution concentrée de colorant. Le bas du papier filtre est ensuite placé dans le bécher.
Observation : le liquide du bécher monte dans le papier filtre et entraîne avec lui la goutte de colorant. Rapidement, les deux colorants qui composent la couleur verte (le jaune et le bleu) vont se séparer car le bleu monte plus haut que le jaune.
Cette technique peut être utilisée également avec des encres et des peintures. La simplicité de sa mise en uvre en fait une méthode danalyse très utilisée en laboratoire de chimie.
Conclusion :
L'essentiel à retenir absolument :
Un mélange est hétérogène si l'on distingue au moins deux constituants. Sinon c'est un mélange homogène.
Deux liquides non miscibles constituent un mélange hétérogène.
Deux liquides miscibles constituent un mélange homogène.
La décantation et la filtration permettent de séparer les matières solides des matières liquides d'un mélange hétérogène.
L'évaporation et la distillation permettent de séparer les constituants d'un mélange homogène par passage à l'état gazeux du (ou des) liquide(s) du mélange.
La chromatographie permet de séparer les pigments d'un colorant.
Voir ensuite les pages 60-61 et les leur faire résumer.
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Lorsqu'on distingue au moins deux constituants, le mélange est hétérogène.
Lorsqu'on distingue un seul constituant, le mélange est homogène.
Quand on mélange deux liquides, deux cas se présentent : les deux liquides sont miscibles ou ne sont pas miscibles.
Schéma 1 : Décantation
Schéma 2 : Centrifugation
Lors d'une décantation ou d'une centrifugation, les matières solides en suspension dans l'eau se déposent au fond du récipient..
La décantation et la filtration permettent donc de passer dun mélange hétérogène à un mélange homogène en séparant du reste du liquide les constituants visibles à lil nu.
Schéma 3 : Filtration
Un liquide peut s'extraire de matières solides par évaporation, en passant à l'état gazeux sans augmentation de température.
Schéma 4 : Distillation
La distillation est une ébullition suivie d'une condensation. Elle permet de séparer les constituants d'un mélange homogène.
La chromatographie permet de séparer les différents pigments d'un colorant.
HYPERLINK "5CCIT-sirop.pdf" FAIRE UN SIROP
Lors de l'expérience de distillation (paillasse du professeur par manque de matériel), effectuez un HYPERLINK "5CCOM-distillation.pdf" petit exercice noté sur le thème proposé par le HYPERLINK "http://www.education.gouv.fr/banqitem/" ministère.
