Lesson Video: Les mélanges Chimie • First Year of Secondary School

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Dans cette vidéo, nous allons découvrir les différents types de mélanges. Certains des mélanges que vous connaissez peut-être sont le lait, le jus d’orange, le sang, l’air, la mayonnaise, le sol et les alliages de métaux. Nous allons nous attarder plus particulièrement sur les mélanges en solution. Commençons par examiner ce qu’est un mélange et comparons celui-ci avec des éléments qui ne sont pas des mélanges.

Toute la matière peut être classée dans l'un ou l'autre de ces deux groupes, soit les substances pures et les mélanges. Les substances pures peuvent être par la suite divisées en éléments, par exemple le plomb, l’oxygène, l’argon et le chlore, et en composés, par exemple l’eau, le dioxyde de carbone et le CaCl2 ou chlorure de calcium. Un composé est une substance constituée de deux éléments différents ou plus liés chimiquement. Par contre, les mélanges sont constitués de deux substances différentes ou plus qui ne sont pas liées chimiquement ensemble. À première vue, ces définitions peuvent sembler similaires, mais elles sont en fait très différentes. Les éléments sont liés chimiquement dans les composés, mais pas dans les mélanges, qu'ils soient formés d'éléments ou de composés.

Un exemple de mélange est l’eau salée, qui est constituée de chlorure de sodium dans l’eau. Le chlorure de sodium et l'eau sont tous deux des composés. L’eau salée est donc un mélange de deux composés. L’air est un autre exemple de mélange. Il contient certains éléments, comme l'azote, l'oxygène, l'argon et d'autres gaz nobles, ainsi que certains composés, comme le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. L’air est donc un exemple de mélange constitué d’éléments et de composés. Jusqu’à présent, nous avons brièvement abordé les concepts d'élément, de composé et de mélange que vous pouvez approfondir dans une autre vidéo. Attardons-nous maintenant spécifiquement aux mélanges.

Les types de mélanges

Les mélanges peuvent être décrits comme étant homogènes ou hétérogènes et parfois appelés mélanges homogènes ou mélanges hétérogènes. Le préfixe homo- signifie même. Le préfixe hétéro- signifie différent. Ainsi, un mélange homogène a une composition et des propriétés uniformes ou identiques dans tout le mélange, alors qu'un mélange hétérogène a une composition et des propriétés non uniformes ou différentes dans les différentes parties du mélange.

Notez la répartition uniforme des différentes particules dans un mélange homogène ainsi que la répartition non uniforme des différentes particules dans un mélange hétérogène. Examinons maintenant quelques exemples spécifiques. Si du colorant alimentaire orange était ajouté goutte à goutte dans de l'eau et mélangé vigoureusement, les particules se répartiraient uniformément dans le mélange. Chaque partie du mélange serait donc identique et aurait les mêmes propriétés. Il est difficile de représenter ce type de mélange dans un schéma. Ici, il semble qu’il y ait des particules visibles, mais en réalité, dans un mélange homogène, les particules individuelles des différents composants ne sont pas visibles à l’œil nu. Il convient donc de représenter l’image comme ceci.

Un autre exemple de mélange homogène est l'ajout et la dissolution de chlorure de sodium, ou sel de table, dans l’eau. Les ions sodium et chlorure se dispersent uniformément dans l’eau. Pour représenter plus fidèlement ce mélange, il ne faut pas qu'il y ait de particule visible reconnaissable.

Qu’en est-il des exemples de mélanges hétérogènes ? Lorsque l’huile et l’eau sont mélangées ensemble, des couches distinctes se forment. L'huile moins dense flotte au-dessus de l’eau plus dense. La composition et les propriétés de la couche supérieure d’huile diffèrent de la composition et des propriétés de la couche inférieure d’eau. Les deux différents composants sont clairement visibles. Lorsque de la poudre de craie est ajoutée à de l’eau et agitée vigoureusement, la solution ou la dissolution ne se produit pas. Les particules de craie sont clairement visibles dans l’eau. Après un certain temps, les particules de craie commencent à se déposer. Il y a une distribution non uniforme très évidente des composants et les propriétés ne sont pas les mêmes dans toutes les parties du mélange.

Des échantillons prélevés à différents endroits dans un mélange hétérogène seraient très différents, tandis que les échantillons prélevés à différents endroits dans un mélange homogène seraient identiques.

Un type de mélange homogène est la solution. Une solution consiste en un soluté en plus petite proportion ou quantité mélangé uniformément dans un solvant, qui est présent en plus grande proportion ou quantité. En utilisant l’exemple dont nous avons discuté précédemment, le chlorure de sodium serait le soluté présent en plus petite quantité et l’eau serait le solvant présent en plus grande quantité ou proportion. Lorsqu’ils sont mélangés et dissouts ensemble, les ions de soluté sont uniformément dispersés dans le solvant, ce qui forme une solution. Dans ce cas précis, il s'agit d'une solution d’eau salée. Les particules de solvant et de soluté dans une solution sont souvent de taille similaire.

Deux types de mélanges hétérogènes en milieu liquide sont les colloïdes et les suspensions. Un colloïde est constitué de fines particules qui sont généralement de grosses molécules dispersées, mais non dissoutes, dans une autre substance. Un exemple courant de colloïde est le lait. Dans un colloïde, le composant en plus grande proportion est appelé la phase continue et parfois la phase dispersante. Les particules dispersées sont appelées la phase dispersée. Dans le lait, la phase dispersée est composée en grande partie de minuscules gouttelettes d’huile. Elles sont parfois visibles à l’œil nu lorsque vous regardez le lait de plus près.

Un colloïde peut sembler plutôt homogène, mais en l'observant de très près ou avec une loupe et parfois avec un microscope, vous pouvez voir les particules dispersées individuellement. Cela n’est pas possible dans le cas d’une solution. Un autre exemple de colloïde que nous connaissons est l’assouplissant.

Une suspension contient des particules encore plus grosses que celles d’un colloïde. Elles ne se dissolvent pas, mais restent en suspension dans le liquide et se déposent au fond du récipient avec le temps. Un exemple de suspension est la poudre de soufre dans l’eau. Ce serait également le cas de la poudre de craie ou même de la farine. Au fil du temps, les particules de soufre commencent à se déposer au fond du récipient. Lorsque tout est déposé, on appelle le solide un précipité.

En passant d’une solution à un colloïde et d’un colloïde à une suspension, l’homogénéité diminue. En d’autres termes, les solutions sont les plus homogènes. Et, parmi les trois, les suspensions sont les moins homogènes ou les plus hétérogènes. Les solutions, les colloïdes et les suspensions ont souvent un liquide comme composant principal. Mais ce n’est pas toujours le cas. Examinons plus particulièrement les solutions. Et nous verrons que le composant principal n’est pas nécessairement toujours un liquide.

Nous savons que les solutions consistent en un solvant, qui est le composant présent en plus grande proportion, et un soluté, qui est le composant présent en plus petite proportion et dissout dans le solvant. Le solvant peut être sous forme gazeuse, liquide ou solide, ce qui donne la forme générale ou l’aspect de la solution comme étant un gaz, un liquide ou un solide. Les solutés peuvent être un gaz dissout dans un solvant gazeux ou un gaz dissout dans un liquide ou un liquide dissout dans un liquide. Ce que nous rencontrons le plus fréquemment, ce sont les solides dissouts dans les liquides. De façon similaire, le soluté dans une solution solide peut être un gaz, un liquide ou même un autre solide.

Attardons-nous maintenant à quelques exemples. L’air est un exemple de gaz dissouts ou mélangés de manière homogène dans d'autres gaz. Le mélange de propane et de butane dans le combustible du bec Bunsen constitue un autre exemple de mélange de gaz homogène avec d’autres gaz. Un exemple de soluté gazeux dans un solvant liquide est constitué des boissons gazeuses ou des sodas. Ces boissons contiennent du dioxyde de carbone dissout. L’éthanol dans les boissons alcoolisées, telles que le vin et la bière, est un exemple de soluté liquide dissout dans un autre liquide. Nous avons déjà vu que l’eau salée est un exemple classique de solvant liquide contenant un soluté solide dissout. D’autres exemples sont l’eau sucrée et le café noir.

Mais qu’en est-il des solutions solides ? Un exemple intéressant d'un gaz dissout dans un solide est l’hydrogène qui se dissout parfaitement dans le palladium. Ce type de système permet de stocker de l’hydrogène. Ce dernier a de nombreuses utilisations potentielles, par exemple pour remplacer les combustibles fossiles. Les obturations dentaires étaient anciennement fabriquées à partir de mercure liquide dissout dans des amalgames solides d’argent, d’étain et de cuivre. Cette pratique de dentisterie est cependant de moins en moins fréquente en raison de la toxicité du mercure. Enfin, un exemple de solide dissout dans un autre solide sont les alliages, par exemple l’acier, qui est composé en grande partie de carbone dissout dans du fer, et le laiton, un alliage de cuivre et de zinc dissout l’un dans l’autre. Ces solides sont dissouts ensemble sous forme liquide et, une fois refroidis, ils adoptent une forme solide.

Nous savons maintenant que les solutions peuvent être de différents types ou de différents états selon l'état du solvant et du soluté. Examinons maintenant une autre façon de décrire une solution en fonction de la quantité de soluté dissoute dans le solvant. Nous utiliserons l’exemple d’un soluté solide dissout dans un liquide, bien que ce que nous allons faire puisse s’appliquer à n’importe quelle solution présentée dans ce tableau.

La proportion d’un soluté dissout dans un solvant peut être modifiée. Si une petite quantité de soluté est ajoutée à un solvant, elle se dissoudra. Nous l'appellerons une solution insaturée si davantage de soluté peut encore être ajouté et dissout. En d’autres termes, si la capacité maximale de soluté dissout n’a pas encore été atteinte. Si nous ajoutons et dissolvons progressivement davantage de soluté, la solution deviendra de plus en plus concentrée. Nous atteindrons un point où la solution contiendra la quantité maximale de soluté pouvant être dissout. Il ne sera plus possible d'en dissoudre davantage. Nous l'appelons une solution saturée. Une solution saturée est une solution qui contient la quantité maximale de soluté dissout à une certaine température. Nous n'aborderons pas en détail l’effet de la température dans cette vidéo, sauf pour mentionner que, généralement, plus la température est élevée, plus un soluté solide peut se dissoudre.

Le dernier scénario est celui dans lequel davantage de soluté est ajouté. Nous pouvons dissoudre ce soluté en chauffant la solution. Nous pouvons ensuite laisser la solution refroidir à sa température initiale. La solution obtenue est alors très concentrée. Nous l’appelons une solution sursaturée. Une solution sursaturée est une solution qui contient davantage de soluté dissout que ce qui est possible dans des conditions normales. Les solutions sursaturées ne sont généralement pas stables. Toute perturbation d’une solution sursaturée, telle que des vibrations ou des particules de poussière qui tombent dans la solution, peut faire précipiter le soluté dissout supplémentaire ou en excès, ce qui forme des particules solides qui se déposent au fond du récipient.

Nous savons maintenant que les solutions sont composées de solutés et de solvants dissouts l’un dans l’autre. Elles sont homogènes et peuvent être insaturés, saturés ou sursaturés. Examinons maintenant un dernier type de solution spécifique. Et ce sont celles qui conduisent l’électricité.

Les solutions qui peuvent conduire l’électricité contiennent un composé ionique ou un composé polaire. Nous appelons ces composés des électrolytes. Les électrolytes sont des substances polaires ou ioniques qui se dissocient ou s’ionisent en cations et en anions lorsqu’ils sont dissouts dans une solution et qui peuvent donc conduire une charge électrique. Un électrolyte fort s’ionise ou se dissocie complètement, alors qu’un électrolyte faible ne s’ionise que partiellement. Le chlorure d’hydrogène gazeux, qui est un composé polaire, forme l’ion H3O+ et l’ion chlorure moins lorsqu'il réagit avec l'eau. Nous disons qu’il s’ionise complètement parce que tout le chlorure d’hydrogène est transformé en produits.

Le chlorure de sodium ionique se dissocie pour former des ions sodium et des ions chlorure lorsqu’il entre en contact avec l’eau et s'y dissout. La dissociation est complète, ce qui signifie que tout le chlorure de sodium est transformé en produits ou en ions. Des électrolytes aussi forts forment de nombreux ions en solution.

L’acide acétique, dont le nom systématique est l’acide éthanoïque, est un électrolyte faible. Lorsqu'il réagit avec l’eau, il forme l’ion acétate et l’ion hydronium, mais seulement dans une faible proportion. La flèche d’équilibre montre qu’une partie des produits est reconvertie en réactifs. Il y a moins d’ions qui se forment en solution avec les électrolytes faibles. Les électrolytes forts sont de très bons conducteurs d’électricité, parce qu'ils forment de nombreux ions en solution. Et les électrolytes faibles sont de moins bons conducteurs d’électricité.

Un non-électrolyte est un composé qui ne peut pas former d’ions en solution et qui ne peut donc pas conduire l’électricité. Par exemple le sucre. Les électrolytes fondus conduisent également l’électricité. Mais ils ne sont pas techniquement des solutions. Ils ne sont pas composés de solutés et de solvants, mais simplement d’un composé ionique à l’état fondu ou liquide.

Résumons maintenant tout ce que nous venons d'apprendre sur les mélanges. Nous avons appris qu’un mélange se compose de deux substances différentes ou plus mélangées ensemble, mais non liées chimiquement. Ses composants peuvent donc être facilement séparés par des moyens physiques, parce qu’aucune liaison chimique ne doit être brisée. Nous avons vu que les mélanges peuvent être décrits comme étant homogènes ou hétérogènes. Les mélanges homogènes ont une composition et des propriétés uniformes. Nous avons également vu que les solutions constituent des exemples de mélanges homogènes.

En revanche, les mélanges hétérogènes ont une composition et des propriétés non uniformes. Les exemples que nous avons étudiés étaient les colloïdes et les suspensions. Nous avons vu qu’il existe de nombreux types de solutions en fonction de l’état du solvant et du soluté, et que ces solutions peuvent être insaturées, saturées ou sursaturées en fonction de la quantité de soluté dissoute. Finalement, nous avons examiné un type spécifique de solution appelée solution d’électrolyte, qui contient des cations et des anions capables de conduire l'électricité.