Quand tu bois un verre de bissap bien frais, tu bois en réalité plusieurs choses à la fois : de l'eau, du sucre, et les extraits rouges des fleurs d'oseille de Guinée. Quand tu remplis ton verre à la fontaine, tu bois aussi plusieurs choses, même si l'eau te paraît toute simple et parfaitement transparente.
Autour de toi, presque tout ce que tu vois, tout ce que tu bois et tout ce que tu manges est en réalité un mélange de plusieurs substances différentes. Seules quelques matières bien particulières, obtenues avec beaucoup de soin, ne contiennent qu'une seule substance : on les appelle des corps purs.
Dans ce chapitre, tu vas apprendre à observer autrement ce qui t'entoure. Tu sauras reconnaître un mélange, dire s'il est homogène (tout paraît pareil, partout) ou hétérogène (on voit plusieurs parties différentes), comprendre ce qu'est une solution, et prévoir si deux liquides se mélangent bien ou pas du tout. Tu sauras même lire une étiquette de boisson comme un vrai petit chimiste !
1Corps pur et mélange
Regarde un verre d'eau distillée (celle qu'on utilise au laboratoire) et un verre d'eau puisée dans un fleuve. Les deux paraissent tout aussi transparents. Pourtant, ils sont très différents : l'un est un corps pur, l'autre est un mélange.
Un corps pur est une matière qui ne contient qu'une seule substance chimique. Rien d'autre n'est mélangé avec elle.
Exemples : l'eau distillée, le sucre en poudre pur (le saccharose), le sel fin pur (le chlorure de sodium, ), le dioxygène en bouteille d'hôpital.
Un mélange est une matière qui contient au moins deux substances différentes réunies ensemble.
Exemples : l'air (dioxygène + diazote + autres gaz), l'eau d'un fleuve (eau + sels minéraux + particules de terre), le bissap (eau + sucre + extraits d'hibiscus), le lait, le sable.
Comment savoir si une matière est un corps pur ou un mélange ? On ne peut presque jamais le dire seulement en la regardant. Il faut connaître son origine (comment elle a été fabriquée ou récoltée) ou faire une expérience (comme l'évaporation, étudiée plus tard).
« Pur » ne veut pas dire « propre » ni « bon pour la santé » ! L'eau d'un fleuve peut être limpide et pourtant contenir des microbes dangereux : ce n'est pas un corps pur, et ce n'est pas potable non plus. À l'inverse, l'eau distillée est un corps pur, mais elle n'est pas conseillée à boire tous les jours : elle ne contient aucun sel minéral utile à ton corps, et son goût est fade.
Le sucre en poudre pur, sorti de son paquet neuf, ne contient que des cristaux de saccharose : c'est un corps pur. Dès que tu le verses dans ton thé, il se mélange à l'eau et aux feuilles infusées : tu obtiens alors un mélange.
L'air que tu respires contient du diazote, du dioxygène, de la vapeur d'eau et un peu de dioxyde de carbone : c'est donc un mélange de plusieurs gaz, même s'il est invisible.
Avant le XVIIIe siècle, personne ne savait vraiment dire si une matière était pure ou mélangée. C'est le chimiste français Antoine Lavoisier qui, en 1789, dans son Traité élémentaire de chimie, propose une méthode rigoureuse : peser très précisément avant et après chaque transformation, et séparer patiemment les substances par distillation ou évaporation.
Grâce à cette méthode, Lavoisier dresse la toute première liste de « substances simples » — ce que nous appelons aujourd'hui les corps purs. Il montre par exemple que l'eau, qu'on croyait unique depuis l'Antiquité, est en réalité composée de deux gaz : le dihydrogène et le dioxygène !
2Mélange homogène et hétérogène
Tous les mélanges ne se ressemblent pas. Certains paraissent parfaitement uniformes, comme de l'eau sucrée bien remuée. D'autres laissent voir plusieurs parties différentes, comme de l'eau boueuse. On distingue donc deux grandes familles de mélanges.
Un mélange est homogène quand on ne distingue aucune partie différente, même en regardant de très près ou à la loupe. Il a le même aspect en tout point.
Un mélange est hétérogène quand on distingue au moins deux parties d'aspect différent : des grains, des gouttelettes, un dépôt, deux couches…
2.1 Reconnaître un mélange homogène ou hétérogène
On regarde d'abord à l'œil nu, puis si besoin à la loupe. Si le mélange a exactement le même aspect partout (même couleur, aucune particule visible, aucun dépôt), il est homogène. Si on voit deux couches, des grains ou un trouble qui ne disparaît pas, il est hétérogène.
| Mélange | Ce que l'on observe | Type |
|---|---|---|
| Eau + sucre bien remuée | transparente, aucune particule visible | homogène |
| Eau + sable | grains au fond, eau trouble au-dessus | hétérogène |
| Bissap filtré | liquide rouge uniforme | homogène |
| Bouillie de mil | épaisse, grumeaux visibles | hétérogène |
2.2 Séparer un mélange hétérogène : un premier aperçu
Un mélange hétérogène peut souvent être séparé en ses différentes parties grâce à des techniques simples. Tu approfondiras ces techniques plus tard ; voici, pour l'instant, les deux plus utilisées.
On laisse le mélange reposer sans le toucher. Les grains les plus lourds (comme le sable) tombent au fond par gravité et forment un dépôt. Le liquide au-dessus devient plus clair, mais il reste souvent un peu trouble.
On verse le mélange à travers un filtre (papier filtre, tissu, ou tamis). Le filtre laisse passer le liquide mais retient les grains solides trop gros pour traverser ses petits trous. Le liquide obtenu, limpide, s'appelle le filtrat ; ce qui reste sur le filtre s'appelle le résidu.
Un filtrat parfaitement limpide n'est pas forcément un corps pur ! La filtration enlève seulement les grains solides visibles. Les substances déjà dissoutes dans l'eau (sel, sucre, minéraux) traversent le filtre sans problème et restent dans le filtrat.
Filtrer l'eau n'est pas une invention moderne. Il y a plus de 3 500 ans, les Égyptiens de l'Antiquité clarifiaient déjà l'eau trouble du Nil en y ajoutant de l'alun (une pierre qui fait tomber les particules en suspension), puis en la faisant passer à travers du sable et des graviers.
Aujourd'hui encore, le long du fleuve Sénégal, du Niger ou du Chari, des familles font décanter l'eau trouble dans de grandes jarres avant de la filtrer sur un tissu fin — exactement les deux étapes que tu viens d'apprendre !
3Solution, soluté, solvant
Quand tu dissous une cuillerée de sucre dans de l'eau chaude, en remuant bien, le sucre disparaît à l'œil : tu obtiens un mélange homogène liquide qu'on appelle une solution. Ce mot, tu vas beaucoup l'utiliser cette année et les suivantes.
Une solution est un mélange homogène liquide obtenu en dissolvant une substance dans un liquide.
La substance dissoute s'appelle le soluté. Le liquide qui dissout s'appelle le solvant (c'est souvent, mais pas toujours, de l'eau).
Le solvant est le liquide présent en plus grande quantité : c'est lui qui « accueille » l'autre substance. Le soluté est ce qu'on dissout dedans : il peut être solide (sucre, sel), liquide (sirop) ou même gazeux (le gaz carbonique d'un soda) !
Le bissap sucré : le solvant est l'eau ; les solutés sont le sucre et les extraits colorés de l'hibiscus.
Le thé sucré : le solvant est l'eau chaude ; les solutés sont les arômes du thé et le sucre ajouté.
Toutes les substances ne se dissolvent pas ! Le sable versé dans l'eau ne disparaît pas, même en remuant longtemps : il est insoluble dans l'eau. Ce n'est donc pas un soluté, et le mélange obtenu (eau + sable) n'est pas une solution : il est hétérogène.
On dit qu'une substance est soluble dans un liquide si elle peut s'y dissoudre complètement (le sucre est soluble dans l'eau), et insoluble si elle ne se dissout pas (la craie, le sable, l'huile dans l'eau).
4Miscibilité
Le sucre se dissout dans l'eau : c'est un solide qui devient soluté. Mais que se passe-t-il quand on mélange deux liquides entre eux ? Parfois ils se mélangent parfaitement, parfois ils refusent totalement de se mêler.
Deux liquides sont miscibles quand, mélangés et agités, ils forment un seul liquide homogène, sans aucune séparation visible.
Deux liquides sont non miscibles quand, même bien agités, ils finissent toujours par se séparer en deux couches distinctes (deux phases).
On verse les deux liquides dans le même récipient, on agite fermement, puis on laisse reposer quelques instants et on observe : une seule phase ⇒ miscibles ; deux phases séparées par une ligne nette (l'interface) ⇒ non miscibles.
| Liquide 1 | Liquide 2 | Résultat |
|---|---|---|
| Eau | Huile | non miscibles |
| Eau | Alcool à 90° | miscibles |
| Eau | Vinaigre | miscibles |
| Eau | Essence | non miscibles |
Quand on secoue une vinaigrette (huile + vinaigre) juste avant de l'utiliser, elle paraît homogène un court instant. Mais laissée au repos, elle se sépare vite en deux couches : l'huile, moins dense, remonte au-dessus du vinaigre. L'huile et le vinaigre (à base d'eau) sont non miscibles.
Ne confonds pas soluble et miscible : on parle de solubilité pour un solide (ou un gaz) dans un liquide, et de miscibilité pour deux liquides entre eux. Le vocabulaire précis compte en chimie !
5Exemples de la vie courante
Tu sais maintenant reconnaître un corps pur, un mélange homogène ou hétérogène, une solution, et prévoir si deux liquides se mélangent. Il est temps de mettre tout cela en pratique sur des exemples que tu croises tous les jours : les boissons.
5.1 Que contient vraiment un soda ?
Regarde l'étiquette d'une bouteille de boisson gazeuse : la liste des ingrédients y est toujours indiquée. Un soda classique est une solution : le solvant est l'eau, et plusieurs solutés y sont dissous en même temps.
Sur une étiquette de soda au citron, on peut lire : eau gazéifiée, sucre, arôme naturel de citron, colorant E150, acidifiant E330. Chacun de ces mots (sauf « eau ») désigne un soluté différent, dissous dans le solvant eau. Le mélange obtenu reste homogène : tu ne vois aucun de ces ingrédients séparément dans la bouteille.
En 1767, le savant anglais Joseph Priestley réussit à dissoudre du gaz carbonique dans de l'eau, au-dessus d'une brasserie où fermentait de la bière. Il vient d'inventer l'eau gazeuse artificielle ! Quelques années plus tard, en 1783, le Suisse Johann Jacob Schweppe met au point un procédé pour la fabriquer en grande quantité et la vendre : c'est le début des boissons gazeuses telles que tu les connais aujourd'hui.
5.2 Une eau limpide n'est ni forcément pure, ni forcément potable
C'est l'un des pièges les plus fréquents : penser qu'une eau transparente est automatiquement propre à boire. C'est faux, et c'est même dangereux de le croire !
L'eau d'un fleuve comme le Chari, le Sénégal ou le Niger peut paraître limpide après décantation, et pourtant contenir des sels minéraux dissous, des microbes invisibles à l'œil nu, ou des polluants. Ce n'est ni un corps pur (c'est un mélange), ni forcément une eau potable (bonne à boire sans danger).
À l'inverse, l'eau distillée est un corps pur parfaitement transparent, mais elle n'est pas idéale à boire au quotidien : elle ne contient aucun des sels minéraux dont ton corps a besoin.
Pour rendre une eau potable, il faut souvent plusieurs étapes : décantation, filtration, puis un traitement chimique (comme le chlore) qui élimine les microbes — la filtration seule ne suffit jamais à garantir une eau sans danger.
5.3 D'autres mélanges à observer autour de toi
| Mélange | Constituants principaux | Type |
|---|---|---|
| Bissap | eau, sucre, extraits d'hibiscus | homogène (solution) |
| Bouillie de mil | eau, farine de mil, sucre | hétérogène |
| Air | diazote, dioxygène, CO₂… | homogène (gazeux) |
| Eau de mer | eau, sel, minéraux dissous | homogène (solution) |
| Jus d'orange avec pulpe | eau, sucre, pulpe | hétérogène |
Tu es maintenant prêt à observer, trier et décrire n'importe quel mélange que tu croises, que ce soit dans ta cuisine, à la rivière ou au supermarché. C'est exactement ce que fait un chimiste professionnel avant d'analyser une matière !
Fiche mémo
- Corps pur : une seule substance chimique (eau distillée, sucre pur).
- Mélange : au moins deux substances réunies (bissap, air, eau de fleuve).
- Homogène : aucune partie différente visible, même de très près.
- Hétérogène : au moins deux parties d'aspect différent (grains, dépôt, couches).
- Décantation : les grains lourds se déposent au fond, sans agir.
- Filtration : le filtre retient le résidu solide et laisse passer le filtrat.
- Un filtrat limpide n'est pas forcément pur : les substances dissoutes traversent le filtre.
- Solution = solvant (liquide, en grande quantité) + un ou plusieurs solutés (dissous dedans).
- Un soluté peut être solide, liquide ou gazeux (le CO₂ d'un soda).
- Soluble : se dissout complètement. Insoluble : ne se dissout pas (sable, huile dans l'eau).
- Miscibles : deux liquides forment un seul liquide homogène après mélange.
- Non miscibles : deux liquides se séparent toujours en deux phases (interface visible).
- « Pur » ≠ « propre » ≠ « potable » : une eau limpide peut être un mélange dangereux à boire.
6Exercices corrigés
Classe chacune des matières suivantes en corps pur ou en mélange : eau distillée ; jus d'orange ; sel de cuisine pur ; air ; sucre en poudre pur ; eau du robinet.
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- Eau distillée → corps pur (une seule substance).
- Jus d'orange → mélange (eau, sucre, pulpe, arômes…).
- Sel de cuisine pur → corps pur ( seul).
- Air → mélange (plusieurs gaz).
- Sucre en poudre pur → corps pur.
- Eau du robinet → mélange (eau + sels minéraux + un peu de chlore).
Indique si chaque mélange est homogène ou hétérogène, et justifie en une phrase : eau salée (bien dissoute) ; eau boueuse ; lait ; jus d'orange avec pulpe.
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- Eau salée dissoute → homogène : le sel a disparu à la vue, l'aspect est uniforme.
- Eau boueuse → hétérogène : des particules de terre en suspension sont visibles.
- Lait → homogène : aspect uniforme à l'œil nu, aucune partie ne se distingue.
- Jus d'orange avec pulpe → hétérogène : des morceaux de pulpe sont visibles.
Recopie et complète avec les mots suivants : soluté – solvant – solution – homogène.
« Quand on dissout du sucre (le …) dans de l'eau (le …), on obtient une …, qui est un mélange … »
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« Quand on dissout du sucre (le soluté) dans de l'eau (le solvant), on obtient une solution, qui est un mélange homogène. »
Pour chacun des mélanges suivants, indique le solvant et le(s) soluté(s) : (a) thé sucré ; (b) eau gazeuse sucrée aromatisée à la grenadine.
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(a) Solvant : eau chaude. Solutés : arômes du thé, sucre.
(b) Solvant : eau. Solutés : gaz carbonique , sucre, arôme et colorant de grenadine.
Range chaque paire de liquides en « miscibles » ou « non miscibles » : eau/huile ; eau/alcool à 90° ; eau/essence ; eau/vinaigre.
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| Paire | Résultat |
|---|---|
| Eau / huile | non miscibles |
| Eau / alcool à 90° | miscibles |
| Eau / essence | non miscibles |
| Eau / vinaigre | miscibles |
Limonade artisanale (Bamako). Voici les ingrédients d'une limonade maison : eau, sucre, jus de citron, feuilles de menthe fraîches (non filtrées).
- Ce mélange est-il homogène ou hétérogène ? Justifie.
- Identifie le solvant et au moins deux solutés.
- Comment rendre cette boisson limpide avant de la mettre en bouteille ?
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1. Hétérogène : des morceaux de feuilles de menthe restent visibles, en suspension ou au fond.
2. Solvant : eau. Solutés : sucre, jus de citron (acides et arômes dissous).
3. On la filtre (tissu fin ou filtre à café) pour retenir les morceaux de feuilles. Le filtrat obtenu (eau, sucre, jus de citron dissous) est alors homogène.
On verse dans un verre de l'eau, du sable et du sel de cuisine, puis on agite. Décris, étape par étape, comment séparer complètement les trois constituants, en précisant à chaque étape la technique utilisée et ce qu'elle sépare.
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Étape 1 : décantation puis filtration. Elles séparent le sable, insoluble, du reste. Le résidu retenu par le filtre est le sable ; le filtrat contient l'eau et le sel dissous (une solution, invisible séparément).
Étape 2 : pour séparer l'eau du sel dissous, il faut faire évaporer l'eau (technique étudiée plus tard). Le sel reste seul au fond, sous forme de cristaux, une fois toute l'eau évaporée.
Conclusion : la filtration seule ne sépare que les solides non dissous ; elle ne peut jamais séparer un soluté de son solvant.
Vrai ou faux ? Justifie chaque réponse.
- Un mélange homogène ne contient qu'une seule substance.
- L'eau minérale en bouteille est un corps pur.
- Un soluté est toujours un solide.
- La filtration retient les substances dissoutes.
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1. Faux : un mélange homogène contient plusieurs substances, mais on ne les distingue pas à l'œil.
2. Faux : l'eau minérale contient plusieurs sels minéraux dissous : c'est un mélange (une solution), pas un corps pur.
3. Faux : un soluté peut être solide, liquide ou gazeux (exemple : le dans un soda).
4. Faux : la filtration ne retient que les particules solides non dissoutes ; les substances dissoutes traversent le filtre avec le liquide.
Un cuisinier de Douala teste des paires de liquides pour une sauce. Prédit le résultat de chaque mélange, en justifiant à l'aide du cours : (a) huile de palme + eau ; (b) vinaigre + eau ; (c) huile de palme + jus de citron (majoritairement eau et acide).
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(a) Non miscibles, comme huile/eau dans le cours : deux couches se forment, l'huile au-dessus.
(b) Miscibles, comme vinaigre/eau dans le cours : un seul liquide homogène.
(c) Non miscibles : le jus de citron est essentiellement aqueux, donc comme l'eau il ne se mélange pas à l'huile ; deux couches apparaîtront après un repos.
Sur une étiquette d'eau minérale, il est écrit « eau pure des montagnes ». L'étiquette indique aussi une composition en calcium, magnésium et bicarbonates. Explique pourquoi cette appellation est trompeuse d'un point de vue scientifique.
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En chimie, « pur » signifie « une seule substance ». Or l'étiquette liste plusieurs substances dissoutes (calcium, magnésium, bicarbonates) en plus de l'eau : c'est donc un mélange (une solution), pas un corps pur. Le mot « pure » utilisé sur l'étiquette a un sens commercial (propre, sans pollution) différent du sens scientifique du mot en chimie.
Un camarade affirme : « Le lait est un liquide homogène, donc il ne contient qu'une seule substance. » Explique pourquoi cette phrase mélange deux idées différentes, et donne la bonne classification du lait.
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« Homogène » ne signifie pas « une seule substance » — c'est la définition d'un corps pur — mais « aucune partie différente visible ». Le lait contient de l'eau, des matières grasses, des protéines, du sucre (lactose)… plusieurs substances donc, mais à l'œil nu on ne distingue rien de particulier. Le lait est un mélange homogène (à l'échelle de l'observation à l'œil nu), pas un corps pur.
Propose un protocole simple (sans le goûter !) permettant de savoir si un verre contient de l'eau pure ou de l'eau salée, en utilisant uniquement une casserole et une source de chaleur.
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On verse un peu du liquide dans la casserole et on le chauffe doucement jusqu'à évaporation complète de l'eau (l'évaporation sépare un soluté dissous de son solvant).
- S'il ne reste rien au fond une fois toute l'eau évaporée → c'était de l'eau pure (corps pur).
- S'il reste un dépôt blanc de cristaux → l'eau contenait du sel dissous : c'était une solution (un mélange).
Le bissap d'Aminata (Dakar). Pour 5 litres de bissap, Aminata utilise 4 L d'eau, 400 g de sucre (à 600 FCFA le kilogramme) et un sachet de fleurs d'hibiscus séchées (600 FCFA).
- Le bissap obtenu, une fois filtré, est-il homogène ou hétérogène ? Justifie.
- Calcule le coût du sucre utilisé.
- Elle vend chaque litre 500 FCFA. Calcule sa recette pour 5 L, puis son bénéfice (coût total = sucre + hibiscus).
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1. Une fois filtré, le bissap est homogène : eau, sucre et extraits d'hibiscus dissous, aucune partie ne se distingue.
2. Coût du sucre :
- coût
- FCFA
3. Recette et bénéfice :
- coût total FCFA
- recette FCFA
- bénéfice FCFA
L'eau du Chari (Ndjamena). Un marchand puise l'eau trouble du fleuve Chari, la fait décanter une nuit dans une jarre, puis la filtre sur un tissu fin avant de la vendre 25 FCFA le litre.
- Que retire la décantation ? Que retire la filtration ?
- Un client demande si cette eau filtrée est potable sans risque. Réponds-lui en justifiant.
- Il vend 40 L par jour. Calcule sa recette pour une semaine (7 jours).
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1. La décantation fait tomber les particules lourdes (sable, terre) au fond. La filtration retient les particules solides restantes, plus fines, qui n'ont pas décanté.
2. Non, ce n'est pas garanti potable : ces deux techniques n'éliminent ni les sels minéraux dissous, ni les microbes en suspension fine. Il faudrait un traitement chimique supplémentaire (chloration, ébullition) pour la rendre sûre à boire.
3. Recette hebdomadaire :
- recette / jour FCFA
- recette / semaine FCFA
Le budget eau d'une famille (Bamako). Une famille compare : acheter de l'eau minérale en bouteille (300 FCFA le litre), ou faire bouillir puis filtrer l'eau du robinet (15 FCFA le litre traité). Elle consomme 90 L par mois.
- Calcule le coût mensuel pour chaque solution.
- Calcule l'économie réalisée en choisissant l'eau traitée à la maison.
- L'eau en bouteille est-elle un corps pur ? Justifie en une phrase.
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1 et 2. Comparaison des coûts :
- bouteille FCFA
- maison FCFA
- économie FCFA
3. Non : l'eau en bouteille contient des sels minéraux dissous (souvent indiqués sur l'étiquette) : c'est un mélange (une solution), pas un corps pur.