Verse du sirop dans de l’eau : il disparaît dans le verre. Verse de l’huile dans de l’eau : elle reste à part et flotte. Pourquoi ces deux mélanges se comportent-ils si différemment ? Les solutions sont au cœur de la cuisine, de la nature et de la chimie, et on peut les comprendre avec quelques idées simples.
Ce cours est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
Mélanges et solutions : mélange ou corps pur ?
Presque tout ce qui nous entoure est un mélange : l’air, l’eau du robinet, le lait, le sable de plage, le jus d’orange. Un corps pur est constitué d’une seule substance : l’eau distillée, le sucre cristallisé, l’oxygène seul. Dans la vie courante, « pur » veut souvent dire « sans produit ajouté » : en sciences, c’est différent.
Un mélange contient plusieurs constituants (plusieurs espèces chimiques). Un corps pur n’en contient qu’un seul.
Un liquide transparent n’est pas forcément un corps pur. L’eau du robinet, l’eau minérale et l’eau salée sont transparentes, pourtant ce sont des mélanges.
Mélanges homogènes et hétérogènes
On regarde le mélange à l’œil nu, sans instrument. Si l’on voit un seul aspect, il est homogène : on ne distingue plus les constituants (eau sucrée, air, eau salée). Si l’on voit plusieurs parties distinctes, il est hétérogène : eau et huile, eau et sable, jus d’orange avec pulpe.
Miscibilité : liquides qui se mélangent
Deux liquides sont miscibles s’ils forment un mélange homogène : l’eau et le sirop, l’eau et l’alcool. Ils sont non miscibles s’ils restent séparés en deux couches : l’eau et l’huile. Le liquide le moins dense, comme l’huile, se place au-dessus.
Dissoudre un solide dans l’eau
Quand on verse du sucre dans l’eau et qu’on remue, les grains disparaissent : le sucre se dissout. Le mélange obtenu est homogène et reste transparent : c’est une solution.
Le solvant est le liquide qui dissout (ici l’eau). Le soluté est la substance dissoute (ici le sucre). Le mélange homogène obtenu est une solution. Quand le solvant est l’eau, c’est une solution aqueuse.
Dissoudre n’est pas faire disparaître
Le soluté est toujours dans la solution : on peut le prouver en goûtant (jamais en TP !) ou en faisant évaporer l’eau : le sel réapparaît sous forme de cristaux. De plus, la masse se conserve : la masse de la solution est égale à la somme de la masse de l’eau et de celle du soluté.
masse de la solution = masse du solvant + masse du soluté (en grammes)
On dissout 20 g de sucre dans 180 g d’eau. Masse de la solution : 180 + 20 = 200 g. Le sucre n’a pas disparu : il suffit de faire évaporer l’eau pour le retrouver.
La solubilité : une limite à la dissolution
On ne peut pas dissoudre une quantité illimitée de soluté. Au-delà d’une certaine masse, le solide en excès reste au fond : la solution est saturée. À 20 °C, on peut dissoudre environ 36 g de sel dans 100 mL d’eau. La solubilité dépend du soluté et de la température.
On verse 45 g de sel dans 100 mL d’eau à 20 °C. Il se dissout environ 36 g : il reste 45 − 36 = 9 g de sel solide au fond du bécher.
L’air et les gaz dissous
Un gaz peut aussi être dissous : le dioxygène dissous dans l’eau permet aux poissons de respirer, et le dioxyde de carbone dissous donne leurs bulles aux boissons gazeuses. L’air lui-même est un mélange de gaz : environ quatre cinquièmes de diazote et un cinquième de dioxygène.
Homogène = on ne voit qu’une chose. Hétérogène = on voit plusieurs choses. Miscible = ça se mélange pour de bon.
L’essentiel à retenir
- Un mélange contient plusieurs constituants ; un corps pur n’en a qu’un seul.
- Homogène : un seul aspect visible. Hétérogène : plusieurs parties visibles.
- Deux liquides sont miscibles s’ils forment un mélange homogène.
- Une solution est un mélange homogène d’un soluté dissous dans un solvant.
- La masse de la solution est égale à la somme des masses de ses constituants.
- Il existe une limite de solubilité : au-delà, la solution est saturée.