Dans la vie de tous les jours, les substances pures individuelles sont rares. Nous sommes beaucoup plus souvent confrontés à leurs mélanges. Les exemples peuvent inclure le thé, le lait ou les alliages métalliques. Un mélange est une combinaison de deux ou plusieurs substances obtenues par des méthodes physiques (ce qui signifie qu'il n'y a pas de liaisons chimiques entre elles). Si les composants individuels d'un tel mélange peuvent être reconnus à l'œil nu, nous les appelons alors des mélanges hétérogènes. Sinon, on les appelle des mélanges homogènes.
Propriétés des mélanges homogènes
Les mélanges homogènes (également appelés mélanges uniformes) se caractérisent par le fait que leurs composants ne peuvent être reconnus ni à l’œil nu ni par de simples instruments optiques, comme une loupe. La transformation de substances individuelles en mélanges homogènes ou le processus inverse, à savoir la séparation d’un mélange en ses composants individuels, se produit par des processus physiques appelés mélange et séparation. Toutes les substances qui forment un mélange conservent leurs propriétés d’origine. Ils se caractérisent par le fait qu’il n’y a pas de liaisons chimiques entre eux. Cependant, les composants des mélanges homogènes peuvent avoir des états physiques différents. Les solutions sont des exemples de tels mélanges homogènes. Leur composant principal est le solvant dans lequel les autres composants du mélange sont dissous (ou dispersés). Dans les solutions liquides, le solvant est sous forme de liquide, cependant, dans les solutions gazeuses, le solvant est un gaz et dans les alliages métalliques, c’est un solide.
Méthodes de séparation des composants de mélanges homogènes
Des mélanges homogènes sont formés en combinant leurs composants à l’aide de méthodes physiques. Le choix d’une méthode de séparation adéquate dépend principalement de l’état physique des composants individuels du mélange. Lorsqu’ils sont mélangés, les composants de mélanges homogènes conservent leurs propriétés d’origine. De telles propriétés influencent également la méthode de séparation du mélange. Ceux-ci incluent la densité, la solubilité et le point d’ébullition. Plusieurs exemples de procédés de séparation de mélanges homogènes ont été fournis ci-dessous.
Distillation
La distillation est une méthode efficace pour séparer les composants liquides de mélanges homogènes. La distillation nécessite des points d’ébullition relativement bas des composants individuels et leur stabilité thermique (pour éviter la dégradation à des températures élevées). Afin de distiller les substances individuelles, le mélange doit être chauffé progressivement dans un ballon de distillation relié à un condenseur. Lorsque la température augmente progressivement, les composants suivants du mélange homogène commencent à bouillir (dans une séquence qui dépend de leurs points d’ébullition). Ils passent d’un état liquide à un état vapeur, qui est acheminé vers un condenseur. L’eau de refroidissement qui y circule (à contre-courant) refroidit les vapeurs et les condense. De cette façon, tous les composants du mélange sont distillés.
Cristallisation
Le processus de cristallisation est le contraire de la distillation. Il est utilisé pour précipiter les composants de mélanges homogènes en cristaux, par évaporation contrôlée du solvant. Dans la première étape du processus de cristallisation, autant de solvant que possible doit être évaporé afin d’obtenir une solution saturée. Ensuite, la solution est ensuite refroidie. Lorsque la température est abaissée, elle devient sursaturée et les cristaux de la substance d’origine dissoute dans la solution commencent lentement à se développer. Dans des conditions strictement définies et contrôlées, le processus de cristallisation conduit à l’obtention de cristaux de grande taille, de forme souhaitée et d’une grande pureté (même supérieure à 99%). 
Adsorption
La séparation de mélanges homogènes (gazeux ou liquides) peut également être réalisée par adsorption. Le procédé utilise la capacité de certaines substances à absorber d’autres composants (par exemple les constituants du mélange). Un tel "absorbeur" est appelé un adsorbant. Il lie les molécules de l’adsorbat (la substance dissoute qui est adsorbée) à sa surface par suite d’interactions de nature physique (adsorption physique) ou chimique (adsorption chimique, ou chimisorption). Les solides qui ont une surface spécifique très développée sont le plus souvent utilisés comme adsorbants (ce qui augmente l’efficacité de la séparation). Le charbon actif est souvent utilisé à cette fin.
Chromatographie sur papier
C’est une technique chromatographique qui peut être utilisée efficacement pour séparer les composants d’un mélange homogène. Il permet, par exemple, de séparer les composants de l’encre dans les marqueurs. Pour ce faire, le mélange doit être appliqué au fond d’un papier spécial chromatographie (ligne de départ). Ensuite, le substrat avec le mélange appliqué est placé dans des chambres remplies d’un solvant (appelé éluant) au fond. Grâce aux forces capillaires, l’éluant remonte le long du papier buvard, emportant le mélange avec lui. Ses composants spécifiques interagissent différemment avec le substrat et le solvant, ce qui conduira éventuellement à une séparation.
Mélanges homogènes : exemples
L’essence est un exemple courant de mélange homogène liquide. Il est constitué d’hydrocarbures dont les molécules contiennent de 5 à 12 atomes de carbone. Il s’agit principalement d’ alcanes , donc de composés saturés. L’essence contient également des composés aliphatiques insaturés – ils possèdent des doubles ou triples liaisons entre les atomes de carbone – et des composés cycliques. L’ air est un mélange homogène essentiel à la vie humaine. L’air propre et non pollué est une combinaison de divers éléments et composés chimiques. Ses composants de base comprennent l’azote, l’oxygène et les gaz nobles . Les composants restants de ce mélange gazeux varient en teneur en fonction d’un certain nombre de facteurs. Ceux-ci comprennent le monoxyde de carbone (IV), l’ozone, les oxydes de soufre et d’azote, la vapeur d’eau, l’hydrogène et le méthane. Les solutions chimiques de sel dans un solvant sont également des mélanges homogènes. Un exemple d’un tel mélange est la saumure. Il se forme à la suite d’un processus physique de dissolution du chlorure de sodium (sel de table) dans l’eau. La saumure est largement utilisée, par exemple, dans l’industrie alimentaire. Les quantités de chaque composant (NaCl et H 2 O) peuvent être précisées en indiquant leur concentration dans la solution.
