Chapitre 4 : Corrigé des Exercices - Les mélanges

Exercice 1 : Vocabulaire de la chimie en cuisine

Nom de la transformation : Le sucre subit une dissolution.
Association des constituants :
- L’eau pure est le solvant (le liquide qui dissout).
- Le sucre en poudre est le soluté (le corps solide qui est dissous).
- La boisson aromatisée finale est la solution.
Nature du mélange et propriété : Le mélange obtenu est homogène car le sucre n’est plus du tout visible à l’œil nu et l’aspect est uniforme. On en déduit que le sucre est soluble dans l’eau.
Dissolution ou fusion dans la casserole : Dans la casserole, il s’agit d’une fusion.
- Justification : La fusion est un changement d’état provoqué uniquement par la chaleur qui ne concerne qu’une seule substance (le sucre passe de l’état solide à l’état liquide). La dissolution, elle, exige obligatoirement la présence de deux substances différentes (un soluté se dispersant dans un solvant).

Loi du cours : Au cours d’une dissolution, la masse se conserve parfaitement. La masse de la solution obtenue est strictement égale à la somme de la masse du solvant et de la masse du soluté ( $m_{\text{solution}} = m_{\text{solvant}} + m_{\text{soluté}}$ ).
Affichage de la balance : L’écran de la balance indiquera exactement $\mathbf{165\ \text{g}}$ à la fin de l’expérience ( $150 + 15 = 165$ ).
Explication microscopique : Les molécules de sel se séparent et s’insèrent entre les molécules d’eau, mais aucune particule ne disparaît ni ne se crée au cours du mélange. Le nombre total de molécules restant rigoureusement identique, la masse totale ne varie pas.

Définition d’une solution saturée : Une solution est dite saturée lorsque le solvant a dissous la masse maximale possible de soluté à une température donnée. Si on ajoute du solide supplémentaire, celui-ci ne peut plus se dissoudre.
Analyse du flacon du laborantin :
- Calcul de la masse maximale : Si $1\ \text{L}$ ( $1\ 000\ \text{mL}$ ) d’eau peut dissoudre $360\ \text{g}$ de sel, alors $100\ \text{mL}$ d’eau (un volume 10 fois plus petit) pourront dissoudre une masse 10 fois plus faible : $m_{\text{max}} = \frac{360\ \text{g}}{10} = \mathbf{36\ \text{g}}$
- Tentative de dissolution : Le laborantin tente de dissoudre $40\ \text{g}$ de sel. Comme $40\ \text{g}$ est supérieur à la limite maximale de $36\ \text{g}$ , il ne réussira pas à faire disparaître la totalité du sel.
- Aspect visuel de la solution : La solution sera saturée. À la fin de l’agitation, le mélange sera hétérogène : le liquide aura dissous $36\ \text{g}$ de sel, et l’excédent de sel non dissous ( $40 - 36 = \mathbf{4\ \text{g}}$ ) restera visible sous forme de grains solides accumulés au fond du flacon.

Étape 1 :
- Cette technique de séparation s’appelle la décantation.
- C’est la force de la gravité (l’attraction terrestre ou le poids des particules) qui entraîne les éléments solides insolubles les plus denses vers le fond.
Étape 2 :
- Cette seconde technique s’appelle la filtration.
- Le liquide clair et homogène recueilli après le passage à travers le filtre s’appelle le filtrat.
Consigne de sécurité : Bien que l’eau obtenue soit limpide et transparente, elle n’est pas pure pour autant. La filtration retient les impuretés solides visibles, mais laisse passer les substances solubles invisibles ainsi que les micro-organismes (bactéries, virus) potentiellement dangereux pour la santé. L’eau n’est donc pas potable.