Le sel a-t-il disparu ? Mélanges, solutions et techniques de séparation

Ce matin, tu as peut-être mis du sucre dans ton chocolat chaud. En quelques secondes, le sucre a « disparu »… et pourtant ton chocolat est bien sucré ! Et après une averse, l'eau des flaques devient marron. Dans ce cours, tu vas reconnaître les mélanges, comprendre où passe le sucre, puis séparer ce qui a été mélangé, comme un vrai chimiste.

Qu'est-ce qu'un mélange ?

Un mélange est formé d'au moins deux constituants, c'est-à-dire deux substances différentes réunies. L'eau boueuse est un mélange d'eau et de terre ; la vinaigrette est un mélange d'huile et de vinaigre.

Il existe deux sortes de mélanges :

• un mélange hétérogène : à l'œil nu, tu vois au moins deux constituants différents. Exemples : de l'eau avec du sable, un jus d'orange plein de pulpe, une vinaigrette laissée au repos.
• un mélange homogène : à l'œil nu, tu ne vois qu'un seul aspect, le même partout. Exemples : de l'eau sucrée, de l'eau avec du sirop, et même l'air que tu respires, qui est un mélange de plusieurs gaz (surtout du diazote et du dioxygène).

Une astuce pour ne pas confondre : en grec ancien, « homo » veut dire « le même » et « hétéro » veut dire « autre, différent ».

La dissolution : le sucre est toujours là

Exemple 1. Verse une cuillère de sucre dans un verre d'eau et remue. Les grains deviennent de plus en plus petits, puis tu ne les vois plus du tout. On dit que le sucre s'est dissous dans l'eau : c'est la dissolution.

Le sucre n'a pas disparu : il s'est séparé en morceaux si minuscules qu'on ne peut plus les voir, même au microscope d'école. Deux preuves :

• l'eau a pris un goût sucré ;
• la balance ne ment pas : si tu dissous 10 g de sucre dans 200 g d'eau, l'eau sucrée pèse 210 g. Rien ne s'est perdu, la masse se conserve.

Le mélange homogène obtenu s'appelle une solution. Le sucre et le sel sont solubles dans l'eau. Le sable ou le poivre moulu sont insolubles : même si tu remues longtemps, tu vois toujours leurs grains.

Attention, l'eau ne peut pas dissoudre une quantité sans limite. À 20 °C, un litre d'eau peut dissoudre au maximum environ 360 g de sel. Si tu en mets davantage, le sel en trop reste au fond : la solution est saturée.

La miscibilité : quand deux liquides se rencontrent

Exemple 2. Verse un peu de sirop dans de l'eau : les deux liquides se mélangent en un mélange homogène. L'eau et le sirop sont miscibles. Verse maintenant une cuillère d'huile dans de l'eau et secoue : l'huile forme des gouttelettes qui remontent, puis une couche nette au-dessus de l'eau. L'eau et l'huile sont non miscibles : elles donnent un mélange hétérogène. L'huile reste en haut car, à volume égal, elle est plus légère que l'eau.

Séparer les constituants d'un mélange

Exemple 3. Imagine une eau à la fois boueuse et salée. Pour récupérer chaque constituant, on enchaîne trois techniques.

1. La décantation. On laisse reposer le mélange sans le bouger. Les grains de terre, plus lourds qu'un même volume d'eau, tombent doucement au fond. On verse ensuite délicatement le liquide du dessus dans un autre récipient. On décante aussi l'eau et l'huile : on attend que l'huile remonte, puis on la verse à part.
2. La filtration. On verse le liquide à travers un filtre, par exemple un filtre à café. Les grains solides restent dans le filtre ; le liquide qui passe au travers s'appelle le filtrat. Il est souvent limpide… mais encore salé ! Le sel dissous est si fin qu'il traverse le filtre. Une filtration ne sépare donc pas les constituants d'une solution.
3. L'évaporation. On laisse le filtrat salé dans une assiette creuse, au soleil ou près d'un radiateur, pendant plusieurs jours. L'eau s'évapore, c'est-à-dire qu'elle part dans l'air sous forme de vapeur, et des cristaux de sel apparaissent au fond.

C'est ce que font les paludiers des marais salants de Guérande, en Loire-Atlantique : le soleil et le vent évaporent l'eau de mer dans des bassins peu profonds, puis ils récoltent le sel.

Pour tes expériences, utilise seulement des ingrédients de cuisine ou de la terre du jardin, jamais de produits ménagers. Ne goûte rien sans l'accord d'un adulte, et demande toujours son aide pour de l'eau chaude.

À retenir

• Dans un mélange hétérogène, on distingue plusieurs constituants à l'œil nu ; un mélange homogène n'a qu'un seul aspect.
• Une substance soluble se dissout dans l'eau : on ne la voit plus, mais elle est toujours là et la masse se conserve. Le mélange obtenu est une solution.
• Deux liquides miscibles donnent un mélange homogène (eau et sirop) ; deux liquides non miscibles forment des couches (eau et huile).
• On sépare les constituants par décantation (on laisse reposer), par filtration (le filtre retient les grains solides) et par évaporation (on récupère ce qui était dissous).

★ Pour aller plus loin

L'eau de mer contient en moyenne environ 35 g de sel par litre. La mer Morte, au Proche-Orient, est presque dix fois plus salée : cette eau très salée porte si bien le corps qu'on y flotte sans aucun effort !

Pour obtenir de l'eau pure à partir d'eau salée, on peut la faire bouillir et refroidir la vapeur, qui redevient liquide : c'est la distillation. Le sel, lui, reste dans le récipient de départ.

Autre technique étonnante, la chromatographie : fais un gros point de feutre noir lavable sur une bande de filtre à café, puis trempe le bas de la bande dans un fond d'eau, sans mouiller le point. L'eau monte et sépare les couleurs cachées dans l'encre noire !