La solubilité reflète la capacité d’une espèce chimique à se dissoudre dans un solvant donné : plus on peut dissoudre une quantité importante d’une substance dans un liquide et plus sa solubilité est grande.

Techniques utiles pour les mélanges

Voici quelques techniques que vous rencontrerez lors de vos TP ou lors des exercices.

Décoction (ou infusion)

On laisse le végétal en contact avec l'eau chaude. Les espèces chimiques contenues vont se solubiliser. ex: le thé.

Macération

Même chose avec l'alcool. ex: fruit à l'alcool. Les espèces chimiques contenues vont se solubiliser dans l'alcool.

Hydrodistillation ou entrainement à la vapeur

Le but de cette manipulation est d'extraire par hydrodistillation l'huile essentielle de l'espèce chimique. On a par exemple l'extraction de l'huile essentielle contenue dans les fleurs de lavande.

Distillation

Connaissez-vous les parfums de Grace ? On utilise régulièrement la distillation et l'hydrodistillation afin de créer des parfums.
En effet, c'est par ces méthodes que l'on extrait les huiles essentielles des plantes nécessaires à la confection de la fragrance.

Technique qui permet de séparer les différentes espèces chimiques qui sont contenues dans les espèces chimiques d'un mélange liquide. On retrouve par exemple la distillation du pétrole.

Extraction par solvant

Même principe que la décoction sauf qu'on utilise des solvants organiques issus du pétrole.

Exercice 1

  1. Définir : un mélange homogène, un mélange hétérogène, une solution aqueuse, liquides miscible.
  2. Complète le tableau suivant :

MélangeHétérogène ou homogèneEtatsMéthode de séparation
homogèneLiquide-liquide
hétérogèneLiquide-liquide
Eau boueuse
Sang
Eau salé
Lentille et riz
Lentille et fer

3. Schématiser, annoter, et expliquer la distillation.

Solution exercice 1

  1. Un mélange homogène est un mélange formé d’une seule phase

Un mélange hétérogène est un mélange formé de 2 ou plusieurs phases

Une solution aqueuse est une solution qui a eu l’eau comme solvant

Les liquides miscibles sont qui  donnent un mélange homogène lorsqu’on les mélanges.

MélangeHétérogène ou homogèneEtatsMéthode de séparation
Eau et alcoolhomogèneLiquide-liquidedistillation
Eau et huilehétérogèneLiquide-liquidedécantation
Eau boueusehomogèneLiquide-solidedécantation
SanghomogèneLiquide-solidecentrifugation
Eau saléhomogèneLiquide-solidedistillation
Lentille et rizhétérogèneLiquide-solidetriage manuel
Lentille et ferhétérogèneLiquide-solideaimantation

On verse le mélange sur un papier filtre qui bouche le verre, le constituant qui peut passer par le papier filtre sera dans le verre et on l’appelle filtrat, et le constituant qui ne peut pas passer  reste sur le papier filtre.

  1. source de chaleur (ici, un brûleur Bunsen) ;
  2. ballon à distiller ;
  3. tête de distillation ;
  4. thermomètre ;
  5. réfrigérant à eau ;
  6. entrée d'eau de refroidissement ;
  7. sortie d'eau de refroidissement ;
  8. ballon de réception des gouttes de distillat ;
  9. vers une pompe à vide éventuelle ;
  10. adaptateur pour la pompe à vide.

La distillation est un procédé de séparation de mélange de substances liquides dont les températures d'ébullition sont différentes. Elle permet de séparer les constituants d'un mélange homogène. Sous l'effet de la chaleur, les substances se vaporisent successivement, et la vapeur obtenue est liquéfiée pour donner le distillat.

Exercice 2

L'eau de coco

L’eau de coco est populaire chez les sportifs car elle contient :

  • Des minéraux tels que le potassium, le sodium, le magnésium, perdus en grande quantité par les sportifs pendant l’effort ;
  • Des vitamines ;
  • Très peu de calories.

Questions

  1. Le pH de l’eau de coco est un critère important pour s’assurer de sa qualité.
    1. Indiquer le matériel nécessaire pour mesurer un pH ;
    2. On récupère l’eau d’une noix de coco dans un bécher. Proposer un protocole
      expérimental pour mesurer le pH de cette eau ;
    3. Le pH mesuré est égal à 5. Préciser si cette eau de coco est acide, basique ou
      neutre. Justifier la réponse.
  2. Une eau de coco de bonne qualité est légèrement acide.
    1. Indiquer quels sont les ions responsables de l’acidité d’une solution.
    2. Expliquer pourquoi il est préférable pour un sportif de transporter l’eau de coco dans une gourde en plastique, plutôt que dans une gourde en aluminium.

Exercice 3

Compléter le texte suivant

Un mélange dans lequel on distingue au moins deux constituants est un mélange _____
Lors d'une _____ les matières solides en suspension dans un liquide se déposent au fond du récipient. Lors d'une _____ les particules solides sont retenues par le et le liquide obtenu est un mélange homogène.
L'eau minérale est un _____ parce qu'elle contient d'autres substances que l'eau. La  _____  permet de séparer les constituants d'un mélange homogène. La _____ permet de séparer les différents pigments d'un mélange.

Exercice 4

La sauce tomate et son acidité

Avez-vous souvent de l'acidité dans l'estomac ? La recette de la grand-mère de Bastien en effet déjà fait ses preuves. Le bicarbonate de soude étant basique, il aide à réduire l'acidité des préparations. c'est pourquoi il est utilisé pour aider la digestion des personnes dont l'estomac produit trop d'acidité. On a rajoute aussi parfois des les pâtisseries pour qu'elles soient plus digestes.

Sujet

Pour diminuer l’acidité de la sauce tomate, la grand-mère de Bastien, fine cuisinière, dit qu’il faut lui rajouter un demiverre d’eau dans lequel on a dissous une demi-cuiller à café de bicarbonate de soude.
Le bicarbonate de soude est le nom commercial d’une espèce chimique appelée également : hydrogénocarbonate
de sodium de formule : NaHCO3.
Le bicarbonate de soude est une espèce chimique soluble dans de l’eau.

Questions

Compléter le tableau avec les composants de l'eau

SymboleNom de l’élément chimiqueNombre d’atome(s) présent(s)
dans l’eau
H
oxygène

Le bicarbonate de soude se dissout plutôt bien dans l’eau, sa solubilité a pour valeur : 87 g/L.

Au laboratoire, on dispose d’un litre d’eau, on y verse 120 g de bicarbonate de soude, et on
agite pendant une minute. Décrire succinctement ce que l’on observe.

Donner la définition de la solubilité d’un composé dans l’eau.

Au laboratoire, on cherche à déterminer le pH d’une solution aqueuse de bicarbonate de soude à
l’aide de papier pH. On dépose une goutte de cette solution sur un petit bout de papier pH.
On donne :

Gamme de
couleur du
papier pH
Rose
vif
RougeRouge
orangé
OrangéJaune
ocre
Jaune
kaki
VertVert foncéBleuBleu
foncé
Valeur du pH
mesuré
12345678910

Le papier pH mis en contact avec la solution prend une teinte vert foncé.
Donner la valeur du pH de cette solution.

Indiquer la nature de cette solution (acide, neutre ou basique).

Choisir, parmi les ions suivants, celui dont la présence est responsable de la nature de la solution :

  • Cl - ;
  • Na + ;
  • HO - ;
  • Ca 2+.

La transformation chimique qui a lieu dans la casserole se traduit par l'équation de réaction suivante :

    \[ H ^ { + } + H C O _ 3 ^ - \rightarrow H _ { 2 } O + C O _ { 2 } \]

Ecrire la formule des réactifs de cette transformation.

Choisir parmi les actions suivantes ce que traduit cette équation (plusieurs réponses possibles)

  • Disparition de l’espèce H+ ;
  • Apparition de l’espèce H+ ;
  • Disparition de l’espèce H2O ;
  • Apparition de l’espèce H2O.

La recette de la grand-mère est une bonne recette pour faire baisser l’acidité de la sauce tomate.
On considèrera que la sauce tomate se comporte comme une solution aqueuse. L’acidité d’une solution aqueuse est liée à la présence des ions H+.

Plus leur nombre est important, plus la solution est acide.

A partir des informations données dans l’ensemble du sujet, expliquer pourquoi la recette de la grand-mère de Bastien est une bonne recette pour diminuer l’acidité de la sauce tomate.

Exemple de TP sur les mélanges : l'hydrodistillation

Manipulations à effectuer

Première étape : l'hydrodistillation

  1. Placer quelques grains de pierre ponce au fond du ballon qui permettront la régulation des bulles de vapeur ;
  2. Placer les zestes d'orange dans le ballon ;
  3. Ajouter 100 mL d'eau ;
  4. Placer une éprouvette graduée ou un bécher pour recueillir le distillat à la sortie du réfrigérant ;
  5. Lever la plaque chauffante à l'aide du support élévateur pour qu'elle soit en contact avec le fond du ballon ;
  6. Faire circuler l'eau doucement dans le réfrigérant ; mettre en marche le chauffage ;
  7. Maintenir un chauffage modéré pendant environ 30 minutes ;
  8. Contrôler la température des vapeurs sortant du ballon ;
  9. Au bout de 30 min., ou dès que la température des vapeurs se stabilise à 100 °C arrêter le chauffage et baisser la plaque chauffante à l'aide du support élévateur ;
  10. Laisser l'eau du réfrigérant couler jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de distillat qui goutte.

Deuxième étape : l'extraction de l'huile essentielle

  1. Introduire le distillat dans l'ampoule à décanter ;
  2. Ajouter 10 mL de solution aqueuse saturée en chlorure de sodium ;
  3. A l'aide de la burette graduée, prélever 5 mL de dichlorométhane et l'ajouter dans l'ampoule à décanter ;
  4. Remarquer la position de la phase organique ;
  5. Agiter en dégazant dans la hotte plusieurs fois ;
  6. Reposer l'ampoule sur son support et noter le résultat de l'observation ;
  7. Couler la phase inférieure (phase organique) dans un petit erlenmeyer bouché de 50 mL ;
  8. Ajouter 1 ou 2 grains de pierre de chlorure de calcium (CaCl2) ; c’est un déshydratant qui permet d’éliminer les traces d’eau de cette phase organique.

Troisième étape : Analyse du produit récupéré

  1. Verser l’éluant (cyclohexane) dans la cuve d’élution sur une hauteur inférieure à 1 cm ;
  2. Couvrir la cuve. Elle se remplit alors de vapeurs d'éluant ;
  3. Préparer la plaque comme dans le TP de CCM précédent (ligne de dépôts à 1 cm du bord inférieur) ;
  4.  Y placer 2 croix que l’on notera E (pour la solution d’Extrait) et R (pour la solution de Référence) ;
  5. Déposer sur les croix, à l'aide de capillaires, les 2 solutions suivantes : solution de référence de limonène (R) et solution extraite de l'écorce d'orange contenue dans le petit erlenmeyer (E) ;
  6. Disposer la plaque dans la cuve et couvrir ;
  7. Laisser migrer jusqu'à ce que le front de l'éluant arrive à 1 cm du bord supérieur de la plaque ;
  8. Sortir la plaque et marquer rapidement le front de solvant d’un trait de crayon ;
  9. Sécher la plaque au sèche-cheveux, sous la hotte.
Révélation
  1. Pulvériser la plaque avec une solution aqueuse de permanganate de potassium (KMnO4) ;
  2. Sécher la plaque au sèche-cheveux ;
  3. Entourer délicatement les taches d’un trait de crayon.

Questions sur le TP

  • Dessiner le montage de l'hydrodistillation et le légender ; faire apparaître les mots : Thermomètre, Ballon, Chauffe-ballon (ou plaque chauffante), Mélange à distiller, Support élévateur (ou boy), Sortie d'eau, Arrivée d'eau froide, Vapeurs, Pierre ponce, Condenseur (ou réfrigérant), Distillat (ou condensat), Phase organique, Phase aqueuse.
  • Donner le rôle de la pierre ponce.
  • Justifier le terme d'hydrodistillation.
  • Quelle est l'odeur du produit obtenu ?

 

  • Dessiner l'ampoule à décanter après brassage des 2 phases et décantation ; légender le schéma en faisant apparaître la phase organique et la phase aqueuse.
  • Quelles sont les espèces chimiques présentes dans la phase organique ?
  • Quelles sont les espèces chimiques présentes dans la phase aqueuse ?
  • Justifier la position de la phase organique.
  • En quoi consiste le relargage ? Quel en est l'intérêt ?

 

  • Expliquer pourquoi il est nécessaire de faire une révélation.
  • Schématiser ou coller la plaque en indiquant les différentes taches.
  • Conclure.

Correction des questions

Quel était le bon schéma ? Voici le schéma qu'il fallait dessiner pour avoir bon à la question. Attention aussi aux annotations, elles ont leur importance !

Annotations :

NomNuméro
Potence1
Thermomètre2
Pince3
Ballon4
Chauffe-ballon5
Mélange à distiller6
Support élévateur7
Sortie d'eau8
Arrivée d'eau froide9
Vapeurs10
Pierre ponce11
Condenseur12
Distillat13
Eprouvette14
Phase supérieure15
Phase inférieure16
  • Donner le rôle de la pierre ponce : elle permet la régulation de l’ébullition par la formation de bulles de vapeur de petits diamètres ;
  • Justifier le terme d'hydrodistillation : distillation (ébullition d’un mélange liquide et récupération d’un distillat liquide après condensation des vapeurs) pratiquée avec l’eau comme principal composant ;
  • Quelle est l'odeur du produit obtenu ? Une odeur d'orange.

Schéma de l'ampoule à décanter :

Commen schématiser une ampoule à décanter ? Voici le bon schéma de l'ampoule à décanter. Celui-ci est très simple, n'hésitez pas à l'apprendre par cœur !

Annotations du schéma :

NomNuméro
Phase aqueuse1
Phase organique2
Ampoule à décanter3
  • Quelles sont les espèces chimiques présentes dans la phase organique ? dichlorométhane et limonène ;
  • Quelles sont les espèces chimiques présentes dans la phase aqueuse ? eau, chlorure de sodium et très peu de limonène ;
  • Justifier la position de la phase organique. La phase organique est essentiellement composée de dichlorométhane de densité 1,33 supérieure à celle de l’eau salée (deau salée saturée = 1,2) ; cette phase est donc la phase inférieure ;
  • En quoi consiste le relargage ? ajouter du sel dans la phase aqueuse ;
  • Quel en est l'intérêt ? permettre une plus faible solubilité du soluté à extraire et du solvant organique dans la phase aqueuse (les molécules d’eau « relâchent » les molécules de soluté et de solvant pour « s’occuper » des ions composant le sel) ; on obtient un meilleur rendement d’extraction (plus de soluté dans la phase organique).

 

  • Expliquer pourquoi il est nécessaire de faire une révélation. Le limonène est une espèce incolore ; après avoir migré sur la plaque, les espèces restent invisibles, il faut donc les faire apparaître à l’aide d’un colorant ou d’un réactif coloré ou sous une lampe UV … dans notre cas nous avons utilisé une solution de permanganate de potassium ;
  • Schématiser ou coller la plaque en indiquant les différentes taches ;
  • Conclure. La solution de référence ne contenait que du limonène et du dichlorométhane (soluble dans le cyclohexane). Nous observons 2 taches dont les centres sont à la même hauteur par rapport à la ligne de dépôts, nous pouvons conclure qu’il y a bien présence de limonène dans le dépôt d’extrait.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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