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Fiche explicative de la leçon : Les mélanges Chimie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier et décrire différents types de mélanges et leurs propriétés physiques.

La chimie est l’étude de la matière, de tout matériau ayant à la fois une masse et un volume. La matière peut en outre être classée comme une substance pure ou un mélange. Les éléments tels que l’aluminium (Al), le carbone (C) et le fer (Fe) sont des substances pures. Lorsque des éléments se lient chimiquement, des composés tels que l’eau (HO2), le dioxyde de carbone (CO2), et le chlorure de sodium (NaCl) se forment. Les composés sont également considérés comme des substances pures.

Lorsque deux substances ou plus, qu’elles soient des éléments ou des composés, sont physiquement combinées entre elles plutôt que chimiquement, il se forme un mélange. On parle d’un mélange si chaque substance le composant conserve bien son identité distincte et peut être séparée des autres substances par des moyens physiques. L’air, le lait, l’eau salée et le ciment sont des exemples de mélanges.

Définition : Mélange

Un mélange est la combinaison physique de deux substances ou plus, dans lequel les substances conservent leur identité distincte.

La figure ci-dessous représente divers atomes, composés et mélanges au niveau moléculaire.

Exemple 1: Identifier la définition d’un mélange

Lequel des énoncés suivants décrit le mieux un mélange?

  1. Une combinaison chimique de deux substances ou plus
  2. Une molécule qui est composée de différents types d’atomes
  3. Une combinaison non chimique de deux substances ou plus
  4. Une substance composée d’un seul type d’atome ou de molécule
  5. La combinaison de deux substances dans différents états physiques

Réponse

Un mélange est une combinaison de deux substances ou plus. La réponse D ne peut pas décrire un mélange car un seul type d’atome ou de molécule est présent. En outre, pour former un mélange, les substances doivent être combinées physiquement et non chimiquement. Nous pouvons éliminer les réponses A et B car celles-ci décrivent des combinaisons chimiques. Les états physiques des substances combinées pour former un mélange peuvent être différents, comme dans le mélange formé par la dissolution du sel dans l’eau, mais les états physiques peuvent aussi être les mêmes, comme dans le mélange formé par le lait et le café. Ainsi, nous pouvons éliminer la réponse E. L’énoncé qui décrit le mieux un mélange est la réponse C.

Lorsque deux substances ou plus se combinent pour former un mélange de composition uniforme, on dit que le mélange est homogène. Le préfixe « homo- » signifie « même » et indique que la composition et les propriétés du mélange sont les mêmes dans tout le mélange. Un mélange homogène est aussi appelé une solution.

Définition : Mélange homogène

Un mélange homogène est un mélange ayant une composition uniforme dans sa totalité. C’est ce qu’on appelle aussi une solution.

L’eau salée est un exemple de solution homogène. Le mélange est constitué de chlorure de sodium (NaCl) et d’eau (HO2). Une fois que ces substances sont combinées, le mélange résultant est uniforme et le sel ne peut pas être distingué de l’eau.

Un autre exemple de mélange homogène est l’air. L’air est composé d’azote, d’oxygène, d’argon, de dioxyde de carbone, de vapeur d’eau et d’autres gaz. La composition de l’air est uniforme, et les différents gaz ne peuvent pas être distingués les uns des autres.

Une solution est composée d’un solvant, le composant majeur, et de solutés, les composants mineurs. On peut aussi décrire le soluté comme la substance qui se dissout et le solvant comme la substance qui dissout le soluté.

Définition : Solvant

Un solvant est le composant majeur d’une solution dans laquelle d’autres substances se dissolvent.

Définition : Soluté

Un soluté est un composant mineur d’une solution, la substance qui est décrite comme étant dissoute.

Dans l’exemple de l’eau salée, le sel est le soluté et l’eau est le solvant. Dans l’air, l’azote est le solvant étant donné qu’il forme 78% de la composition totale du mélange. Par conséquent, lorsqu’on considère l’air comme un mélange, l’oxygène, l’argon, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau sont tous considérés comme des solutés.

On considère souvent une solution comme un liquide consistant en un solide dissous dans l’eau, mais le soluté et le solvant peuvent être solides, liquides ou gazeux. Des exemples de diverses solutions sont donnés dans le tableau ci-dessous.

Types de solutions
État du solutéÉtat du solvantÉtat de la solutionExemple
GazeuxGazeuxGazeuxAir
GazeuxLiquideLiquideBoissons gazeuses
LiquideLiquideLiquideÉthanol dans l’eau
SolideLiquideLiquideEau salée
GazeuxSolideSolideH2 dans du palladium ou du platine
LiquideSolideSolideAmalgame dentaire (Hg dissous dans Ag), Ag()/Hg()sl
SolideSolideSolideAlliages tels que le laiton (Zn dissous dans Cu)

Exemple 2: Identifier l’état physique du soluté et du solvant dans l’air atmosphérique

Complétez la phrase suivante:l’air atmosphérique est un type de solution dont l’état physique du soluté est et l’état physique du solvant est .

Réponse

Une solution est un mélange homogène composé d’un ou plusieurs solutés dissous dans un solvant. Le solvant est le composant majeur de la solution, et le soluté est le composant mineur de la solution. La solution en question est l’air atmosphérique. L’air atmosphérique se compose principalement d’azote, d’oxygène et d’argon avec des pourcentages approximatifs de 78%, 21%, et 1%, respectivement. Cela signifie que l’azote est le solvant tandis que l’oxygène et l’argon sont des solutés. Le solvant et les solutés sont tous à l’état gazeux. Par conséquent, nous pouvons compléter les deux blancs par le mot gazeux.

Seule une certaine quantité de soluté peut être dissoute dans un solvant à une température donnée. Une solution qui contient la quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans le solvant à une température donnée est une solution saturée.

Définition : Solution saturée

Une solution saturée est une solution qui contient la quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans un solvant à une température donnée.

Si une quantité inférieure à la quantité maximale de soluté est dissoute dans le solvant à une température donnée, la solution est considérée comme insaturée.

Définition : Solution insaturée

Une solution insaturée est une solution qui contient moins de soluté que la quantité maximale pouvant être dissoute dans le solvant à une température donnée.

Cependant, il est parfois possible de dépasser la quantité maximale de soluté qu’un solvant devrait pouvoir contenir. Si une solution saturée est chauffée, le solvant peut être capable de dissoudre plus de soluté. Une fois que le soluté supplémentaire a été dissous, la solution est lentement refroidie à la température initiale. La solution refroidie qui en résulte contient plus que la quantité maximale de soluté et on l’appelle une solution sursaturée.

Définition : Solution sursaturée

Une solution sursaturée est une solution qui contient plus de soluté que la quantité maximale qu’il devrait être possible de dissoudre dans un solvant à une température donnée.

Les solutions sursaturées sont instables. Les moindres vibrations ou particules de poussière peuvent provoquer la cristallisation et la précipitation de l’excès de soluté. Par exemple, un chauffe-main réutilisable contient une solution sursaturée d’acétate de sodium. Lorsqu’on agite le disque à l’intérieur de la poche, l’excès d’acétate de sodium précipite sous forme de cristaux blancs et de la chaleur est générée.

Exemple 3: Décrire le type de solution produite par la dissolution d’acétate de sodium dans l’eau

Dans une expérience, un élève ajoute de l’acétate de sodium à un volume fixe d’eau. À un moment donné, l’élève atteint un point où l’acétate de sodium ajouté ne se dissout plus. L’élève chauffe ensuite la solution jusqu’à ce qu’il ne voie plus de cristaux d’acétate de sodium. Il laisse la solution refroidir légèrement. Le schéma ci-dessous montre les observations de l’élève.

  1. Lequel des termes suivants décrit la solution B?
    1. Colloïdale
    2. Saturée
    3. Surnageante
    4. Sursaturée
    5. Insaturée
  2. Lequel des termes suivants décrit la solution D?
    1. Colloïdale
    2. Non saturée
    3. Saturée
    4. Surnageante
    5. Sursaturée

Réponse

Partie 1

Une solution est un mélange homogène composé d’un ou plusieurs solutés dissous dans un solvant. Le solvant est le composant majeur de la solution et le soluté est le composant mineur de la solution. Dans cet exemple, l’acétate de sodium est le soluté et l’eau est le solvant.

Lors de la préparation de solutions, le solvant ne peut dissoudre qu’une certaine quantité de soluté à une température donnée. Lorsque la quantité maximale de soluté a été dissoute dans le solvant à la température désirée, la solution est considérée comme saturée. Lorsqu’une quantité de soluté inférieure à la quantité maximale est dissoute dans le solvant, la solution est considérée comme insaturée.

Au début de l’expérience, de l’acétate de sodium est ajouté à un volume fixe d’eau (solution A). Au départ, l’acétate de sodium ajouté se dissout. Cela signifie que la solution est insaturée. À un certain moment, l’acétate de sodium ajouté ne se dissout plus (solution B). La quantité maximale d’acétate de sodium a déjà été dissoute dans l’eau. La solution B peut être décrite comme saturée, ce qui correspond à la réponse B.

Partie 2

Lorsque la quantité dissoute de soluté est supérieure à la quantité normalement maximale dans ce solvant à une température donnée, la solution est sursaturée. L’augmentation de la température d’un solvant permet souvent de dissoudre plus de soluté. Si la solution obtenue est refroidie lentement, l’excès de soluté peut rester dans le solvant pour former une solution sursaturée.

Dans l’expérience, la solution B est chauffée jusqu’à dissolution des cristaux d’acétate de sodium en excès (solution C). Ensuite, on a laissé refroidir la solution (solution D). Notez qu’il n’y a pas de cristaux d’acétate de sodium dans la solution D. Cela signifie que l’excès d’acétate de sodium est toujours dissous dans le solvant. La solution D peut être décrite comme sursaturée, ce qui correspond à la réponse E.

Certains solutés, lorsqu’ils sont dissous dans l’eau, s’ionisent ou se dissocient en ions. Ces solutés sont appelés électrolytes, car la solution résultante conduit l’électricité.

Définition : Électrolyte

Un électrolyte est une substance avec des ions qui se déplacent librement et qui peut donc conduire l’électricité lorsqu’elle est fondue ou dissoute dans l’eau.

Les électrolytes peuvent être forts ou faibles. Les électrolytes forts sont des solutés qui s’ionisent ou se dissocient complètement lorsqu’ils sont dissous dans l’eau. Parmi les exemples, citons le chlorure de sodium, un composé ionique (NaCl) et l’acide chlorhydrique, un composé covalent polaire (HCl):NaCl()Na()+Cl()HCl()H()+Cl()saqaqgaqaqHO()HO()22ll++

Les ions (H+) ne restent pas libres en solution et sont gagnés par les molécules d’eau, formant des ions hydronium (HO3+). L’équation chimique ci-dessus pour l’ionisation de (HCl) est souvent utilisée pour abréger la réaction, mais l’équation chimique ci-dessous est plus exacte:HCl()+HO()HO()+Cl()aqlaqaq23+

Les électrolytes faibles sont des solutés qui ne se dissocient que partiellement lorsqu’ils sont dissous dans l’eau. L’acide acétique (CHCOOH3) en est un exemple. Notez que, dans l’équation ci-dessous, une flèche d’équilibre () est utilisée à la place de la flèche vers l’avant () pour indiquer que seules certaines molécules d’acide acétique s’ionisent:CHCOOH()+HO()CHCOO()+HO()3233+llaqaq

Les solutés qui ne produisent pas d’ions lorsqu’ils sont dissous dans l’eau sont appelés des non-électrolytes.

Définition : Non-électrolyte

Un non-électrolyte est une substance qui ne contient pas d’ions se déplaçant librement et ne pouvant donc pas conduire l’électricité lorsqu’elle est fondue ou dissoute dans l’eau.

Le sucre est un exemple de non-électrolyte. Le sucre se dissout dans l’eau pour former une solution, mais les molécules de sucre ne s’ionisent pas. Par conséquent, la solution obtenue ne conduit pas l’électricité.

Un testeur de conductivité est un appareil simple composé d’une ampoule, d’électrodes et d’une source d’alimentation. Lorsque les électrodes sont placées dans une solution contenant un électrolyte, le courant électrique peut traverser la solution pour fermer le circuit et l’ampoule s’allume. L'ampoule émet une lumière plus vive lorsque les électrodes sont placées dans une solution contenant un électrolyte faible, puis dans une solution contenant un électrolyte fort. Si les électrodes sont placées dans une solution contenant un non-électrolyte, le courant électrique ne pourra pas circuler, et l’ampoule ne s’allumera pas. L’utilisation d’un testeur de conductivité dans trois solutions différentes est illustrée sur la figure ci-dessous.

Exemple 4: Identifier l’électrolyte fort parmi trois substances

Trois solutions différentes sont illustrées. Laquelle des solutions contient un électrolyte fort?

Réponse

Un électrolyte est une substance qui conduit l’électricité lorsqu’elle est dissoute dans l’eau. Cela est dû à la formation d’ions lorsque le soluté se dissocie ou s’ionise. Le processus de dissolution du glucose (CHO6126), de l’hydroxyde d’ammonium (NHOH4) et de l’hydroxyde de sodium (NaOH) en solution aqueuse peut être représenté par les équations suivantes:CHO()CHO()NHOH()NH()+OH()NaOH()Na()+OH()612661264+4+saqaqaqaqsaqaqHOHO22

Bien que le glucose se dissolve dans l’eau, il ne s’ionise pas pour produire des ions dans la solution. Par conséquent, nous pouvons éliminer le bécher A.

L’hydroxyde d’ammonium (NHOH4) et l’hydroxyde de sodium (NaOH) sont tous deux des électrolytes une fois dissous dans l’eau. Les électrolytes peuvent être considérés comme forts ou faibles. Les électrolytes forts se dissocient complètement lorsqu’ils sont dissous, tandis que les électrolytes faibles ne se dissocient que partiellement. On peut voir la différence entre les deux types d’électrolytes avec la flèche utilisée dans les équations de réaction, une flèche d’équilibre () dans le cas de la dissolution d’un électrolyte faible, et une flèche droite () dans le cas de la dissolution d’un électrolyte fort.

On peut voir à partir des équations de réaction que NHOH4 est un électrolyte faible, tandis que NaOH est un électrolyte fort. La solution qui contient un électrolyte fort est le bécher C.

Lorsque deux substances ou plus se combinent pour former un mélange ayant une composition non uniforme, on parle d’un mélange hétérogène. Le préfixe « hétéro » signifie « différent » et indique que la composition et les propriétés du mélange ne sont pas les mêmes dans tout le mélange.

Définition : Mélange hétérogène

Un mélange hétérogène est un mélange ayant une composition non uniforme.

Le soufre mélangé à de la limaille de fer est un exemple de mélange hétérogène. Le soufre et la limaille de fer restent séparés, et le mélange n’est pas le même partout.

L’huile mélangée à de l’eau est un autre exemple de mélange hétérogène.

Mélange d'eau et d'huile

Souvent, avec des mélanges hétérogènes, les différentes substances du mélange sont visibles à l’œil nu, mais ce n’est pas le cas pour tous les mélanges hétérogènes. Les colloïdes sont des mélanges hétérogènes alors qu’on ne peut pas distinguer les substances les unes des autres à l’œil nu. Les colloïdes sont souvent confondus avec des mélanges homogènes. Cependant, lorsqu’on les examine à la loupe ou au microscope, il est évident que les colloïdes n’ont pas une composition uniforme. Le brouillard, la meringue et le lait sont des exemples de colloïdes.

Définition : Colloïde

Un colloïde est un type de mélange hétérogène dans lequel des particules sont dispersées dans un milieu, ce qui donne un mélange qui semble avoir une composition homogène à l’œil nu.

Les suspensions sont un type de mélange hétérogène composé de très grosses particules en suspension dans un milieu qui, avec le temps, se déposeront au fond du récipient. La farine, la craie en poudre et la poussière, lorsqu’elles sont mélangées à de l’eau, sont des exemples de suspensions.

Définition : Suspension

Une suspension est un type de mélange hétérogène dans lequel de grosses particules sont suspendues dans un milieu. Les grosses particules se déposeront au fond du récipient avec le temps.

La figure ci-dessous compare les solutions, les colloïdes et les suspensions.

Exemple 5: Identifier le type de mélange produit lorsqu’on ajoute du sucre à de l’eau

Laquelle des affirmations suivantes est correcte lorsqu’on ajoute du sucre à de l’eau?

  1. Il se forme un mélange hétérogène appelé « colloïde ».
  2. Il se forme un mélange homogène appelé « colloïde ».
  3. Il se forme un mélange hétérogène appelé « solution ».
  4. Ils se forme un mélange hétérogène appelé « suspension ».
  5. Il se forme un mélange homogène appelé « solution ».

Réponse

Une suspension est un mélange hétérogène composé de grosses particules en suspension dans un milieu. Les particules ne se dissolvent pas dans le milieu et, avec le temps, se déposeront au fond du récipient. Un colloïde est un mélange hétérogène composé de petites particules dispersées dans un milieu. Les particules ne se dissolvent pas dans le milieu mais ne se déposent pas au fond du récipient. Les suspensions et les colloïdes ont une apparence trouble.

Une solution est un mélange homogène composé de particules dissoutes dans un milieu. Les particules ne se déposent pas au fond du récipient et elles ne peuvent pas être séparées par filtration. Les solutions peuvent être colorées mais sont toujours limpides.

D’après les définitions d’une suspension, d’un colloïde et d’une solution, nous pouvons éliminer les réponses B et C. Lorsque le sucre est mélangé à de l’eau, le sucre se dissout dans l’eau, produisant un mélange limpide. Ce mélange est une solution. La bonne réponse est donc E.

Le diagramme ci-dessous résume les termes relatifs aux mélanges.

Points Clés

  • Un mélange est composé de deux substances ou plus qui sont mélangées physiquement.
  • Les mélanges peuvent être homogènes ou hétérogènes.
  • Les mélanges homogènes sont aussi appelés solutions et sont composés d’un soluté et d’un solvant.
  • En fonction de la quantité de soluté présente en solution, la solution peut être insaturée, saturée ou sursaturée.
  • Les solutés qui produisent des ions mobiles sont appelés des électrolytes.
  • Les colloïdes ressemblent à des solutions, mais sont constitués de particules plus grosses dispersées dans un milieu dispersant.
  • Les suspensions sont constituées de particules encore plus grosses qui sont suspendues dans un milieu et qui se déposent avec le temps.

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