Fiche de physique - chimie
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SOLUBILITÉ ET MISCIBILITÉ D'ESPÈCES CHIMIQUES

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I. Rappels sur les corps purs et mélanges

Les pré-requis à connaître du présent chapitre ont été abordés en classe de seconde dans la fiche suivante :



fiches Corps purs et mélanges


II. Solubilité d'un solide ionique ou moléculaire

La notion de solubilité d'un solide ionique ou moléculaire a été abordée dans le §III. de la fiche suivante :

fiches Cohésion dans un solide et dissolution des composés ioniques


III. Techniques d'extraction par un solvant et miscibilité de deux liquides

1. Objectif d'une extraction par un solvant

Définition
L'extraction par un solvant est une technique qui consiste à faire passer, par solubilisation, la substance à extraire dans un solvant.

2. Extraction liquide-liquide


a. Principe
Définition
L'extraction liquide-liquide consiste à prélever une espèce chimique dissoute, initialement dans un solvant de départ (par exemple l'eau), à l'aide d'un d'autre solvant appelé solvant d'extraction (ou solvant extracteur).

* Pour cela, le solvant d'extraction doit avoir les caractéristiques suivantes :
l'espèce chimique à extraire doit y être plus soluble que dans le solvant de départ ;
il est non miscible au solvant de départ, de manière à pouvoir en être séparé.


b. Verrerie utilisée

* Pour une extraction liquide-liquide, on utilise une ampoule à décanter.

* Une fois les deux liquides contenus à l'intérieur de l'ampoule à décanter, il est recommandé de l'agiter vigoureusement et de la dégazer régulièrement.

* La décantation s'effectue toujours à l'air libre. L'espèce que l'on veut extraire se situe alors dans la phase dite organique.

* Remarque importante : la position de la phase organique ne sera pas la même suivant la masse volumique (voire la densité) du solvant extracteur par rapport à celle du solvant de départ :
si sa masse volumique lui est inférieure, alors la phase organique sera au-dessus du solvant de départ ;
si sa masse volumique lui est supérieur, alors la phase organique sera en-dessous du solvant de départ.


Solubilité et miscibilité d'espèces chimiques : image 1


c. Règles de sécurité à respecter

* Le solvant extracteur doit être le moins nocif possible pour les utilisateurs et pour l'environnement.

* Pour cela, il est important de lire attentivement les pictogrammes sur la bouteille de ce dernier : par exemple il vaudra mieux choisir un solvant irritant qu'un solvant présentant un danger plus grave pour la santé ou générant des pollutions significatives ...

* L'emploi de solvants organiques nécessite l'utilisation d'une hotte pour éviter de respirer ses émanations.

* Enfin, lors des phases d'agitation et de dégazage de l'ampoule à décanter il est important de ne pas orienter l'ampoule vers les personnes présentes (risque de projection) !

* Remarques importantes :
Pour séparer deux liquides non miscibles, une simple décantation suffit.
En revanche, pour séparer deux liquides miscibles, il sera nécessaire de procéder par une distillation fractionnée : le composé ayant la température d'ébullition la plus basse (c'est-à-dire le plus volatil) sera recueilli en premier.

3. Extraction par broyage

* L'espèce à extraire peut être présente dans une plante, une graine, etc. Le broyage permet alors de libérer l'espèce à extraire souhaitée.

* Lorsqu'une substance est broyée au moyen d'un mortier, la substance à extraire est libérée grâce à la destruction de ses cellules végétales.

* Une fois le broyage opéré, un solvant est ajouté pour solubiliser l'espèce à extraire.

* Dès lors une filtration permet de recueillir une solution contenant l'espèce ciblée.

4. Choix du solvant et miscibilité de deux liquides

* Dans la fiche fiches Cohésion dans un solide et dissolution des composés ioniques (§II.), nous avons pu voir que les molécules polaires sont solubles dans les solvants polaires. A l'inverse, les molécules apolaires sont solubles dans les molécules apolaires.

* Ainsi, pour une extraction liquide-liquide d'une espèce contenue dans un solvant de départ polaire (tel que l'eau), un solvant apolaire sera choisi, dans la mesure où ils sont moins miscibles avec l'eau.

IV. Propriétés lavantes d'un savon

1. Fabrication et principe actif d'un savon


a. Procédé de fabrication du savon : la saponification

* Les savons sont préparés par une réaction (ou transformation) chimique entre un corps gras (huile d'olive par exemple pour le savon de Marseille) et une solution de soude (ou de potasse) : cette réaction est appelée saponification.

* Au cours de cette réaction, il se forme un anion, l'ion carboxylate, qui va précipiter en présence d'une solution saturée en chlorure de sodium : c'est le principe actif du savon.


b. Propriétés de l'ion carboxylate

* Ce principe actif est composé d'une longue chaîne carbonée (noté R) terminant par une partie chargée (notée -COO^-) :

La chaîne carbonée (également appelée queue) est apolaire : elle peut donc se dissoudre dans les graisses (propriété lipophile) mais pas dans l'eau ( propriété hydrophobe).

La partie chargée (appelée également tête) est anionique (polaire) : elle se dissout donc très bien dans l'eau (propriété hydrophile) mais peu dans les graisses (propriété lipophobe).


Solubilité et miscibilité d'espèces chimiques : image 2


Ce sont ces deux parties (chaîne carbonée R hydrophobe et tête -COO^- hydrophile) qui permettent d'expliquer le caractère amphiphile de l'anion.

2. Mécanisme de décollement d'une tache avec le savon

* Le savon peut former un film continu à la surface de l'eau : les têtes hydrophiles dans l'eau et les queues hydrophobes à l'air libre. C'est en cela qu'on dit qu'un savon est également tensioactif car il modifie les propriétés de la surface de l'eau : la formation des bulles de savon s'expliquent grâce à cela !

* Lors d'un cycle de lavage en machine (ou en frottant le savon sur le linge lavé à la main) la tache va capter le principe actif du savon : la partie hydrophobe de l'anion va interagir avec la tache de graisse.

* Au fur et à mesure du brassage (en machine ou dans le lavoir), la tâche va capter de plus en plus de tensioactifs. Au bout d'un moment, cette dernière va finir par se décoller du tissu, formant ainsi une micelle dans l'eau.

Solubilité et miscibilité d'espèces chimiques : image 3


* Remarque : les ions carboxylate peuvent également interagir avec une tache d'origine minérale et formeront dans ce cas un liposome.

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