I Les boissons sont des mélanges

1 Qu’est-ce qu’un mélange ?

Les boissons que nous buvons contiennent de l’eau (test au sulfate de cuivre anhydre). Cependant, l’eau n’est  pas  le seul constituant de ces boissons qui contiennent également du sucre, des colorants, des arômes, du gaz ,...On dit alors que les boissons sont des mélanges.

Un mélange est une substance composée de plusieurs constituants.

Exemples :

• les boissons: mélange d'eau, de sucre, de vitamines, ...
• l'air: mélange de deux principaux gaz (diazote et dioxygène)
• le bronze : mélange (alliage) de zinc et d'étain.

Remarque : A l’inverse, toute substance formée d’un seul constituant est appelée corps pur (eau pure, lingot d’or pur,...).

2 Mélanges homogènes / mélanges hétérogènes

Définitions

• Un mélange dont on ne distingue pas les divers constituants à l'oeil nu est dit mélange homogène (il est fait d'une seule "partie").

Exemples: Le jus de pomme est un mélange homogène: il contient de l'eau, des protéines, des glucides, ... tous ces constituants ne se distinguant pas à l'oeil nu. Le bronze est un mélange homogène. L'eau minérale qui contient des sels minéraux qui ne sont pas visibles à l'oeil nu est un mélange homogène.

• Un mélange dont on distingue des constituants à l'oeil nu est dit mélange hétérogène (il est fait de plusieurs "parties").

Exemples: Le jus d'orange contient de la pulpe visible à l'oeil nu: c'est un mélange hétérogène. Le lait entier contient de la crème visible à l'oeil nu : c'est un mélange hétérogène.

Remarque: Lors d'une marée noire, le pétrole non-miscible à l'eau de mer surnage : il se forme alors un mélange hétérogène. (Voir cette image satellite de la catastrophe du Prestige)

II Comment séparer l’eau contenue dans les boissons des autres constituants ? Techniques de séparation en chimie 

Nous souhaitons séparer l’eau contenue dans un jus de fruit "pulpé" (mélange hétérogène) des autres constituants de cette boisson.  Pour cela, il faut procéder en trois principales étapes : la décantation, la filtration et la distillation.

1 La décantation

Cette étape consiste à laisser reposer (décanter) un mélange hétérogène. On verse le jus d'orange "pulpé" dans un bécher puis on le laisse décanter. Après quelques minutes, on peut obserer que la pulpe, plus lourde que les autres constituants, s'est déposée dans le fond du bécher.On sépare alors la partie qui surnage de la pulpe en la versant doucement dans un verre à pied propre. 

Conclusion: La décantation permet de séparer, en partie, les constituants d'un mélange hétérogène.

Exemple: la décantation du vin
Le but de la décantation est de séparer un vin de son dépôt. Pour cela, on transvase un vin de sa bouteille d'origine dans un autre récipient, une carafe en général. Elle s'effectue surtout sur les vieux vins et les vieux portos qui comportent un dépôt important. 24 heures avant de la servir, il faut placer la bouteille verticalement. Ainsi, le dépôt va s'accumuler au fond. Il suffit ensuite de verser le vin dans la carafe, lentement afin d'éviter d'agiter le dépôt et qu'il ne se répartisse dans la carafe. Pour surveiller son mouvement, on peut se placer devant une source lumineuse. La décantation n'est pas obligatoire : il suffit de faire attention au moment de verser dans les verres que le dépôt ne se mélange pas au vin. Il est aussi possible de séparer la lie du vin en utilisant un filtre à café. Outre la séparation des deux phases, la décantation permet aussi d'aérer le vin. Elle s'effectue alors sur les vins jeunes. Le transvasement, dans ce cas, doit être rapide afin de mettre le liquide le plus possible en contact avec l'air.

Remarques: Pour accélérer la décantation, on peut réaliser une centrifugation à l'aide d'une centrifugeuse.

Une des phases du traitement des eaux usées en station d'épuration consiste à laisser décanter ces eaux dans un bassin de décantation.

2 La filtration

On verse le liquide précédent, obtenu après décantation, sur un papier filtre placé dans un entonnoir.
Le filtre "bloque" les particules de grosses dimensions (pulpe) qui restaient dans le liquide après décantation. On obtient, après filtration, un liquide limpide : le filtrat. Le filtrat est un mélange dont on ne distingue plus les constituants: c'est un mélange homogène.

Une des phases du traitement des eaux usées en station d'épuration consiste à filtrer ces eaux pour en extraire les déchets solides les plus gros : c'est le dégrillage.

3 La distillation

Pour distiller le jus d'orange obtenu après filtration, on chauffe, jusqu'à ébullition dans un dispositif permettant de réaliser une distillation. La vapeur obtenue est refroidie par un réfrigérant à eau. Elle se condense alors et forme un liquide incolore : le distillat. Ce distillat est recueilli dans un bécher (la recette).

Si ce liquide incolore est versé sur du sulfate de cuivre anhydre (blanc-gris) alors il devient bleu. Conclusion : Le distillat obtenu est principalement formé de l'eau provenant du jus d'orange.

La distillation permet de séparer certains constituants d'un mélange homogène.

Remarques: L'alcool des eaux de vie est obtenu par distillation.

Un alambic. (appareil permettant l'extraction de l'alcool d'un mélange homogène par distillation).
   

III Comment séparer un mélange de couleur ?  : La chromatographie.

La chromatographie permet de séparer différentes encres (ou colorants) contenues dans un mélange homogène. On utilise un support poreux, comme du papier filtre ou du papier Canson, sur lequel on dépose des gouttes de mélanges colorés.

En mouillant le support poreux avec un liquide appelé éluant, les colorants sont entraînés  avec des vitesses différentes par l’éluant. On obtient ainsi des taches colorées séparées : les colorants ont subi une migration.

Séparation des colorants alimentaires par chromatographie :

• Certains colorants alimentaires sont naturels, extraits de plantes comestibles, comme la betterave, la carotte ou la peau des raisins noirs.
• D’autres résultent de la transformation chimique de substances naturelles, comme le caramel.
• Actuellement, la plupart des colorants sont synthétisés, c’est-à-dire fabriqués au laboratoire.
• La loi impose de mentionner sur les étiquettes  des produits alimentaires, la présence de colorants. Pour cela, un code a été adopté par toute l’Europe : la lettre E suivie d’un nombre compris entre 100 et 200(  voir tableau ci-dessous)
  

-Avant d’autoriser l’emploi d’un colorant alimentaire, des études sont faites pour vérifier son absence de toxicité. Certains colorants ont d’ailleurs été interdits, car ils pouvaient favoriser des maladies ( allergies, …). Pour d’autres, la loi fixe une dose à ne pas dépasser : la D.J.A. (dose journalière admissible).