Séparer les constituants d'un mélange : cours de 5e

Autour de toi, presque rien n'est « pur ». L'eau du robinet, une boisson, un sirop, une eau minérale : ce sont des mélanges. Au programme du cycle 4, tu approfondis ce que tu as vu à l'école élémentaire sur les mélanges et leurs constituants, et tu apprends à les décrire avec le vocabulaire de la science ¹. Dès la 5e, on consolide les notions d'espèce chimique (appelée « constituant » au cycle 3) et de mélange ³.

Dans ce cours, une question guide tout : comment récupérer séparément ce qui a été mélangé ? Tu verras qu'il n'existe pas une technique unique. Chaque technique profite d'une différence entre les constituants : certains sont solides et d'autres liquides, certains se dissolvent et d'autres non, certains sont plus denses que d'autres.

Cette idée est la clé de tout le chapitre. Comme chaque constituant conserve ses propriétés, il suffit de trouver une propriété qui les différencie pour les écarter l'un de l'autre. Les constituants peuvent d'ailleurs être séparés de nouveau grâce à un procédé physique ⁶. Aucune réaction chimique n'est nécessaire : on ne fabrique rien de nouveau, on trie.

Avant de choisir une technique, regarde le mélange. Voit-on des grains, des gouttes, deux couches, des particules en suspension ? Alors il est hétérogène. Le liquide paraît-il parfaitement uniforme, même s'il est coloré ? Alors il est homogène.

Ce réflexe oriente le choix. Pour séparer des solides non dissous de l'eau, on part d'un mélange hétérogène : c'est précisément le défi proposé dans les ressources du programme ⁴. Pour un mélange homogène, les procédés par simple observation ne marchent plus, il faut chauffer ou faire migrer les constituants.

La décantation est simple et ne demande aucun matériel particulier. Elle est lente et imparfaite : le liquide récupéré peut rester un peu trouble, car des particules très fines mettent longtemps à descendre. C'est pourquoi on la fait souvent suivre d'une filtration.

Quand on laisse de l'eau salée à l'air ou qu'on la chauffe, l'eau passe peu à peu de l'état liquide à l'état gazeux et quitte le récipient. Le sel, lui, ne s'en va pas : il reste dans le récipient sous forme de cristaux. Tu retrouves ici les changements d'état : l'eau change d'état, pas le sel.

Le principe : on chauffe le mélange, un constituant devient gaz, puis on refroidit cette vapeur pour la ramener à l'état liquide. Le liquide qui se condense est recueilli à part, c'est le distillat. Les constituants restés dans le ballon ne sont pas passés dans le distillat. Contrairement à l'évaporation, on garde donc le liquide.

Cette technique révèle qu'une couleur apparemment unique peut cacher plusieurs colorants. Les étiquettes de certains sirops mentionnent d'ailleurs des colorants désignés par des codes, comme E150b et E133 ⁵. En classe, on dépose une tache de colorant sur un papier, puis un liquide monte le long du papier et entraîne les colorants à des vitesses différentes : ils finissent à des hauteurs différentes.