Activité documentaire 1 — Le rayon frais du supermarché : corps pur ou mélange ?

Document 1 — Six produits du rayon frais

Voici les observations réalisées à l’œil nu sur les six produits que l’on vous demande de classer.

Produit	Aspect observé
Eau minérale (bouteille)	Liquide limpide, incolore, transparent. Une seule phase visible.
Huile d’olive	Liquide limpide, jaune-vert, transparent. Une seule phase visible.
Lait	Liquide opaque, blanc, uniformément trouble. Une seule phase visible à l’œil nu, mais aucune partie ne laisse passer la lumière.
Jus d’orange avec pulpe	Liquide orangé dans lequel flottent de petits morceaux de pulpe en suspension, répartis de façon inégale.
Sucre en poudre	Solide blanc, cristallin, sous forme de grains fins tous identiques.
Vinaigrette non agitée	Flacon présentant deux phases liquides bien séparées : une phase jaune huileuse au-dessus d’une phase plus foncée et trouble en dessous.

Document 2 — L’étiquette de la bouteille d’eau minérale

Au dos de la bouteille d’eau minérale, une étiquette indique la composition suivante.

Espèce chimique dissoute	Teneur (mg/L)
Calcium (Ca$^{2+}$)	78
Magnésium (Mg$^{2+}$)	24
Sodium (Na$^{+}$)	5
Potassium (K$^{+}$)	1
Hydrogénocarbonate (HCO$_3^{-}$)	357
Sulfate (SO$_4^{2-}$)	10
Chlorure (Cl$^{-}$)	4
Nitrate (NO$_3^{-}$)	2

Mention légale sur l’étiquette : « eau de source — eau minérale naturelle ».

Document 3 — Quelques masses volumiques de référence

Espèce chimique	Masse volumique $\rho$ (g/mL)
Eau	1,00
Huile	0,92
Éthanol	0,79
Fer	7,87
Aluminium	2,70
Sucre (saccharose)	1,59

1. Observer et classer

1. À l’aide du Document 1, indiquer, pour chacun des six produits, si l’on observe une seule phase (le produit est homogène à l’œil) ou plusieurs phases (le produit est hétérogène à l’œil).

2. Parmi les six produits, lesquels présentent clairement plusieurs phases visibles à l’œil nu ?

2. Formaliser

3. En vous appuyant sur vos réponses précédentes, proposer une définition d’un mélange homogène et d’un mélange hétérogène, en utilisant le mot «phase».

4. Le lait est un cas particulier : à l’œil nu, il ne présente qu’une seule phase blanche et opaque. Pourtant, les scientifiques savent qu’il s’agit en réalité de très fines gouttelettes de matière grasse dispersées dans un liquide, invisibles à l’œil nu. Le lait doit-il être classé parmi les mélanges homogènes ou hétérogènes ? Justifier en distinguant ce que l’on voit à l’œil nu de ce qui existe réellement à une échelle plus petite.

3. Confronter

5. À l’aide du Document 2, l’eau minérale contient-elle une seule espèce chimique ou plusieurs espèces chimiques ?

6. L’eau minérale est-elle donc un corps pur ou un mélange ? Justifier à partir du Document 2.

7. Reprendre l’observation de l’eau minérale réalisée à la question 1. Cette observation permettait-elle, à elle seule, de savoir que l’eau minérale contient plusieurs espèces chimiques ?

4. Généraliser

8. Une eau distillée ne contient, elle, qu’une seule espèce chimique : l’eau. Elle est donc un corps pur. Recopier et compléter le tableau suivant à l’aide du Document 1, du Document 2 et de vos réponses précédentes.

   Produit	Homogène ou hétérogène ?	Corps pur ou mélange ?
   Eau distillée
   Eau minérale
   Huile d’olive
   Sucre en poudre
   Lait
   Jus d’orange avec pulpe
   Vinaigrette non agitée

9. L’huile d’olive est en réalité composée de plusieurs espèces chimiques (différents acides gras, vitamine E, etc.), bien qu’elle apparaisse comme un liquide limpide à une seule phase. Est-elle un corps pur ou un mélange ? Ce résultat était-il visible à l’œil nu ?

10. Le sucre en poudre est constitué d’une unique espèce chimique, le saccharose. Est-ce un corps pur ou un mélange ?

5. Problématiser

11. D’après les questions précédentes, l’aspect visuel d’un produit permet-il, à lui seul, d’affirmer qu’il s’agit d’un corps pur ? Justifier avec l’exemple de l’eau minérale et de l’huile d’olive.

12. Pour l’eau minérale, c’est la lecture de l’étiquette qui a permis de conclure. Mais tous les produits n’ont pas d’étiquette aussi détaillée. Le Document 3 donne une valeur de référence pour l’eau : $\rho_{\text{eau}} = 1{,}0\,\mathrm{g \cdot mL^{-1}}$. Proposer une méthode qui permettrait de vérifier, sans étiquette, si un liquide incolore est bien de l’eau.

Pour aller plus loin

13. L’eau minérale est un mélange homogène : à l’œil, on ne distingue qu’une seule phase, mais elle contient plusieurs espèces chimiques dissoutes (Document 2). Imaginer une méthode qui permettrait de savoir, sans regarder l’étiquette, si un liquide limpide contient une seule espèce chimique ou plusieurs espèces chimiques mélangées.