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Chapitre 13 :
extraction, identification et séparation d’espèce chimique |
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I)
Espèces chimiques, corps purs et mélanges 1.1
(rappel chapitre 9) Définition d’une espèce chimique 1.2.
Corps purs simples, corps purs composés, mélange II)
caractéristiques physiques d’une espèce chimique 4.
températures d’ébullition Teb et de fusion Tf 3.
extraction d'une espèce chimique présente dans un liquide Cours vidéo I) espèce chimique 1. définition d'une espèce chimique 2. corps purs simples, composés
et mélanges II) caractéristiques physiques d'une espèce chimique 4. température de dusion et
d'ébullition III) extraction et séparation 2. extraction d'une espèce
chimique présente dans un liquide IV) chromatographie |
I) Espèces chimiques, corps purs et mélanges 1.1 (rappel
chapitre 9) Définition d’une espèce chimique Une espèce chimique est
caractérisée par : - sa formule chimique - son aspect physique: couleur, forme liquide solide ou gazeuse
(définie à une température et à une pression donnée) - des grandeurs physiques (solubilité, température d’ébullition et
de fusion, masse volumique) Exemple : à la
température de 20°C et à la pression P = 1 bar (pression atmosphérique) le dioxygène
est un gaz incolore. Sa formule chimique est O2 c'est-à-dire qu’il
est constitué à partir de molécule contenant 2 atomes d’oxygène. Sa
température de fusion est -219 °C sa température d’ébullition est -183°C, sa
masse volumique est de 1,4 g.L-1 (à la température de 0°C et à la
pression de 1 bar). Une espèce chimique est soit naturelle (produit par la nature)
soit artificielle (créée par
l’homme). 1.2. Corps
purs simples, corps purs composés, mélange Un corps pur simple est composé à partir
d'un seul élément chimique Exemple : le corps pur
simple diazote est constitué de molécule gazeuse de diazote de formule N2
ne contenant que l’élément chimique azote de symbole N. Le corps purs pur simple hélium
n’est constitué que d’une seule espèce chimique le gaz hélium contenant un
seul élément chimique l’hélium de formule He. Un corps pur composé est
constitué d’une seule espèce chimique qui peut contenir plusieurs éléments chimiques. Exemple : le corps
pur composé oxyde d’aluminium est constitué uniquement de l’espèce chimique
de formule Al2O3. Cette espèce chimique contient 2
éléments chimiques, l'aluminium de symbole Al et l'oxygène de symbole O. Un mélange est un corps
contenant plusieurs espèces chimiques
différentes. Exemple : la bauxite
est un mélange contenant plusieurs espèces chimiques : de l’oxyde d’aluminium
(Al2O3) et de l’oxyde de fer (Fe2O3).
C ‘est un minerai dont on extrait l’aluminium.
Animation :
éléments de sécurité Certaines espèces chimiques
présentent des dangers indiqués sur l’étiquette de leur flacon. Etudier l’exemple 1 du ‘white
spirit’ de l’animation pour déterminer : - les risques encourus au cours de
la manipulation de ce produit - les consignes de sécurité à
mettre en place. II) caractéristiques physiques d’une espèce
chimique La solubilité d’un corps
correspond à la masse maximale m de
corps pouvant être dissoute dans 1 litre de solvant. La solubilité est
notée s. Unité: masse en gramme(g), volume
de solution en litre (L), solubilité en gramme par litre (g.L-1). La solubilité dépend de la température de la pression et du type de solvant. Exemple : la
solubilité du sel dans l’eau à température t = 0 °C est s = 347 g.L-1 Cela signifie qu’on peut dissoudre
au maximum 347 g de sel dans un litre d’eau. Si on essaie d’en dissoudre plus
le surplus se retrouvera sous forme solide au fond du récipient. Exercice: la
solubilité du diiode (I2) dans l'eau est, à température et
pression normale, s = 250 g.L-1. On verse 400 g de diiode dans le
solvant eau de volume V = 0,5 L. On obtient une solution d'eau iodée. Quelle
la composition de la solution? Animation :
comment mesurer la masse volumique d’un solide ? La masse volumique p d’une espèce
chimique est égale au rapport de
sa masse m par le volume V qu’elle occupe : Unité légale : m (kg) ; V (m3) ; Exemple : la masse
volumique de l’eau est égale à p (eaux) = 1000 kg/m3. Cela signifie
qu’un volume d’un mètre cube d’eau correspond à une masse m = 1000 kg. La densité d d’un corps
solide ou liquide est égale au rapport
de sa masse volumique p sur
celle de l’eau : d = p/p (eau) Comme tout rapport de même unité, la densité n’a pas d’unité. Exemple : la masse
volumique du plomb est p(Pb) = 11,3x103 kg.m-3.
La densité du plomb d(Pb) est: 4.
températures d’ébullition Teb et de
fusion Tf La matière peut se trouver sous
trois états : liquide solide et gazeux. La température de fusion d’un corps est la température ou le corps passe de l’état solide à l’état liquide. La température d’ébullition d’un corps est la température ou le corps passe de l’état liquide à l’état gazeux. Ces 2 températures dépendent de la
pression. Exemple : A une
pression P = 1 bar l’éthanol à une température d’ébulition
T(eb) = 79°C et de fusion de Tf = -117
°C. de -273 °C à -117 °C l’éthanol se
trouve sous forme solide de -117 °C à 79°C l’éthanol se
trouve sous forme liquide Pour une température supérieure à
79 °C l’éthanol se trouve sous forme gazeuse. Dès l’antiquité les hommes
extraient des substances animales ou végétales : des colorants des médicaments des parfums. Historique
des parfums utilisés par l’homme Pour extraire des substances des
composés utiles on utilise 4 techniques : l’expression ou pressage qui est l’obtention de substances par pression (exemple presser le
raisin pour obtenir un jus) la macération mettre une
substance dans un solvant froid pour en extraire un de ces composés. Exemple
: faire macérer de l’écorce de quinquina dans de l’eau pour en extraire de la
quinine qui est un antipaludique. l’infusion : un solvant chaud
est versé sur une plante pour en extraire un composé pendant une durée
limitée. Exemple : infusion du thé ! la décoction ; la plante
est mélangée au solvant puis chauffée pendant plusieurs minutes pour en
retirer les substances actives. Exemple : décoction de queues de cerises pour
soigner certaines affections. Animation :
extraction liquide-liquide, utiliser une ampoule à décanter Une solution aqueuse contient un
composé organique dangereux. On l'extrait en mélangeant la
solution aqueuse avec un solvant organique (comme le cyclohexane), dans une
ampoule à décanter. Le composé organique dangereux se solubilise
préférentiellement dans le solvant organique et disparait de la solution
aqueuse. On laisse décanter le mélange : la séparation s’effectue. On élimine
le solvant organique et on récupère l'eau épurée. Animation 2
(Mme Tarride et M Desarnaud)
Une fois la substance extraite il
faut l’analyser pour en déterminer sa composition. La chromatographie permet de séparer puis d’identifier
les espèces chimiques d’un mélange. 1. on trace sur une plaque
(feuille de papier généralement) un trait à 1 cm du bord appelé ligne de
dépôt. La plaque correspond à la phase
stationnaire 2. On dépose sur le trait une
goutte de substance A à analyser et une ou plusieurs gouttes de substances
connues notées B, C etc.. 3. On plonge la phase stationnaire
dans un solvant appelé éluant ou phase mobile. 4. Le solvant monte par
capillarité en entrainant les gouttes de substances. 5. Lorsque le solvant arrive à 1
cm du bord supérieur de la phase stationnaire on sort la plaque et on la fait
sécher. 6. On analyse le chromatogramme
obtenu pour déterminer la composition de la tache inconnue. La distance h parcourue entre la
ligne de dépôt et la tache est caractéristique de l’espèce chimique. Le rapport entre la hauteur dont
est montée la tache et la hauteur H comprise entre la ligne de dépôt et le
front de l'éluant est appelé le rapport
frontal Rf de la tache : Lorsque la tache de substance
inconnue A migre et qu’elle se décompose en 2 taches, c’est qu’elle contient
2 espèces chimiques. Lorsque ces 2 espèces chimiques
ont le même rapport frontal que les espèces chimiques B et C cela signifie
que la substance A contient les espèces chimiques B et C. Le colorant vert (V) est constitué
de deux espèces chimiques puisqu’il contient deux taches. Ces deux taches ont le même rapport
frontal que les colorants E104 et E133. Par conséquent le colorant vert est
un mélange de colorant E104 et E133. Le rapport frontal du colorant
E104 est: Le rapport frontal du colorant
E133 est: Pourquoi les espèces chimiques ne
migrent-elles pas à la même hauteur? Plus les espèces chimiques sont
solubles dans le solvant, plus elles migrent haut et plus leur rapport
frontal est élevé. |