Science et technologie s1613

Les techniques de séparation des mélanges

Cette fiche explique les manipulations à suivre pour séparer les constituants d'un mélange. Lorsque vient le temps de choisir une technique pour séparer les constituants d'un mélange, il faut considérer le mélange à séparer, la substance que l'on doit séparer du reste du mélange et les phases qui constituent le mélange.

La séparation d'un mélange par évaporation (par vaporisation)

Cette technique peut être utilisée pour séparer les constituants d'un mélange homogène ou d'un mélange hétérogène (liquide-liquide ou liquide-solide) ayant des points d'ébullition différents.
Toutefois, cette technique ne permet pas de récupérer tous les constituants d'un mélange.

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Thermomètre
  • Plaque chauffante
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
  • Pince à thermomètre
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Manipulations

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  1. Mettre le bécher contenant le mélange à séparer sur la plaque chauffante. Déposer le thermomètre dans le bécher.
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  2. Faire chauffer le mélange jusqu'à ébullition: la température sera alors la même sur le thermomètre (obtention d'un plateau).
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  3. Arrêter le chauffage lorsque la température recommence à augmenter, ou lorsque le solide est complètement sec.

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    Il faut vérifier le chauffage en tout temps. Par exemple, si on continue de chauffer après que le liquide se soit évaporé, le deuxième liquide pourrait, à son tour, atteindre le point d'ébullition et causer des brûlures en cas de contact avec la peau. Si on continuait de chauffer un mélange hétérogène solide-liquide au-delà de l'ébullition de liquide, le contenant de verre pourrait éclater.

  4. Nettoyer et ranger le matériel.

Il serait également possible de procéder à une évaporation en versant une petite quantité du mélange dans un verre de montre et en laissant ce verre de montre reposer durant quelques heures ou quelques jours. L'évaporation du liquide se fera graduellement jusqu'à l'obtention du solide sec.

L'évaporation

La séparation d'un mélange par décantation

Cette technique peut être utilisée pour séparer les constituants d'un mélange hétérogène (liquide-liquide ou liquide-solide).

La décantation par transvasement

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Bécher
  • Tige de verre
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Laisser décanter le mélange: attendre que le mélange présente une ligne de démarcation claire entre les deux substances à séparer.
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    Cette étape permet la sédimentation de l'une des substances.

  2. Verser doucement le liquide surnageant (celui sur le dessus du mélange) le long de la tige de verre dans le deuxième bécher.
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  3. Arrêter de verser lorsque les deux constituants sont séparés dans leurs béchers respectifs.
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  4. Nettoyer et ranger le matériel.

La décantation avec une ampoule à décanter

La décantation avec l'ampoule à décanter ne peut pas être effectuée si l'un des constituants est sous phase solide.

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Ampoule à décanter
  • Bécher
  • Support universel
  • Anneau
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Installer l'anneau sur le support universel.
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  2. Déposer l'ampoule à décanter dans l'anneau, et verser le mélange à séparer dans l'ampoule à décanter.
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  3. Laisser décanter le mélange: attendre que le mélange présente une ligne de démarcation claire entre les deux substances à séparer.
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  4. Cette étape permet la sédimentation de l'une des substances.
  5. Enlever le bouchon de l'ampoule à décanter afin de faciliter l'écoulement du liquide.
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  6. Placer un bécher sous l'ampoule à décanter.
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  7. Ouvrir à petit débit le robinet de l'ampoule à décanter afin de recueillir le premier liquide dans le bécher.
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  8. Fermer le robinet lorsque le premier liquide a été complètement versé dans le bécher.
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    Si plus de deux liquides sont présents, il faut répéter les étapes 5 à 7 pour chacun des liquides.

  9. Nettoyer et ranger le matériel.

La décantation

La séparation d'un mélange par filtration

Cette technique peut être utilisée pour séparer les constituants d'un mélange hétérogène (liquide-solide ou gaz-solide). Dans cette fiche, seule la technique avec un mélange hétérogène liquide-solide sera expliquée.

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Papier-filtre
  • Entonnoir
  • Support universel
  • Anneau
  • Erlenmeyer ou bécher
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Installer l'anneau sur le support universel.
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  2. Placer l'entonnoir dans l'anneau, et placer l'erlenmeyer ou le bécher sous le bout de l'entonnoir.
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  3. Plier le papier-filtre en quatre, de manière à former un cône ayant trois épaisseurs de papier d'un côté et une seule de l'autre côté.
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  4. Placer le papier-filtre dans l'entonnoir.
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    Pour s'assurer que le papier-filtre tienne bien dans l'entonnoir, on peut mettre un peu d'eau sur le papier-filtre afin de faciliter l'adhérence du papier sur les parois de l'entonnoir.

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  5. Verser doucement le mélange à filtrer dans l'entonnoir.
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  6. Il est important de verser lentement le liquide afin de ne pas boucher le filtre avec des résidus trop gros.

  7. Recueillir le filtrat dans l'erlenmeyer ou le bécher, et le résidu solide dans le papier-filtre.
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  8. Nettoyer et ranger le matériel.

La filtration

La séparation d'un mélange par distillation

Cette technique peut être utilisée pour séparer les constituants d'un mélange homogène liquide et ceux d'un mélange hétérogène (liquide-solide ou liquide-liquide). Contrairement à l'évaporation, tous les constituants peuvent être recueillis par distillation.

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Plaque chauffante
  • Ballon
  • Bouchon de caoutchouc à deux trous
  • Thermomètre
  • Pince universelle
  • Tube réfrigérant
  • Coude en verre
  • Bécher
  • Support universel
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Verser le mélange à séparer dans le ballon, et mettre le ballon sur la plaque chauffante.

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    Afin d'éviter que le mélange à séparer bouille trop, il est recommandé de mettre des pierres poreuses dans le ballon.


  2. Placer un bouchon à deux trous dans le ballon et insérer un thermomètre dans l'un des deux trous du bouchon.
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  3. Installer la pince universelle sur le support universel, et installer le tube réfrigérant dans la pince universelle.
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  4. Raccorder le tube réfrigérant au ballon.
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  5. Brancher le tuyau d'entrée d'eau froide (le tuyau le plus éloigné du ballon) au robinet d'un évier. Ouvrir le robinet et s'assurer qu'il n'y a pas de fuite.
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  6. Il est important de vérifier que le tuyau de sortie d'eau (celui qui est plus près de l'erlenmeyer) soit dans l'évier au moment d'ouvrir le robinet.

  7. Placer un bécher sous l'extrémité la plus étroite du tube réfrigérant.
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  8. Chauffer le liquide à séparer jusqu'à ce que le point d'ébullition d'une des substances soit atteint.
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  9. Poursuivre le chauffage tant et aussi longtemps que la température demeure stable.

  10. Cesser le chauffage dès que la température recommence à augmenter.

  11. Nettoyer et ranger le matériel.

La distillation

La séparation d'un mélange par tamisage

Cette technique peut être utilisée pour séparer les constituants d'un mélange hétérogène solide-solide.

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Tamis avec bac de récupération
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Mettre le mélange dans le tamis.
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  2. Brasser le mélange au-dessus du bac de récupération afin de permettre aux plus petites particules de passer au-travers des ouvertures des tamis.
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  3. Recueillir les particules dans les différents bacs en fonction de leur taille.
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  4. Nettoyer et ranger le matériel.

Le tamisage

La séparation d'un mélange par centrifugation

Cette technique peut être utilisée pour séparer les constituants d'un mélange hétérogène (liquide-solide ou liquide-liquide).

Matériel

  • Mélange à séparer
  • Éprouvettes
  • Centrifugeuse
  • Tablier ou sarrau
  • Lunettes de sécurité
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Manipulations

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  1. Verser le mélange dans une ou plusieurs éprouvettes.

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    Il faut s'assurer d'avoir au moins deux éprouvettes avec des poids équivalents afin d'avoir un contrepoids dans la centrifugeuse. Si une seule éprouvette du mélange doit être centrifugée, il faut placer une éprouvette ayant un poids équivalent à cellle contenant le mélange à centrifuger.


  2. Boucher les éprouvettes.

    Cette étape peut être omise selon le type de centrifugeuse utilisée. Il faut se référer au guide d'utilisation de la centrifugeuse en cas de doute.


  3. Placer les éprouvettes dans la centrifugeuse de manière à ce que le poids soit réparti uniformément.
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  4. Démarrer la centrifugeuse.
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  5. Si la centrifugeuse se met à bouger ou à vibrer, il faut immédiatement arrêter la centrifugeuse et vérifier la répartition du poids dans la centrifugeuse.

  6. Après quelques minutes, arrêter la centrifugeuse.
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  7. Il faut que la centrifugeuse soit complètement arrêtée avant d'ouvrir le couvercle.

  8. Verser tranquillement le liquide surnageant dans un autre contenant.
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  9. Nettoyer et ranger le matériel.

La centrifugation

Les vidéos
Les exercices
Les références