Fabrication et propriétés des savons

C12 : Fabrication et propriétés des savons
Objectifs :
 Réaliser au laboratoire la synthèse d’un savon ;
 Faire l’étude de quelques propriétés d’un savon.
I.
Les réactions de saponification
1. Définition.
Michel-Eugène CHEVREUL
(1786-1889), Chimiste
français qui a travaillé sur la
saponification des corps gras
Une réaction de saponification est la réaction à chaud d’un ester avec des ions hydroxydes OH-. On
obtient un alcool et ion carboxylate. C’est une réaction rapide et totale
 Les ions OH- proviennent généralement d’une solution concentrée d’hydroxyde de sodium (soude) ou
d’hydroxyde de potassium (potasse). Donner la formule chimique de la soude et de la potasse.
 Sachant qu’un ion carboxylate est la base conjuguée d’un acide carboxylique (du type R-COOH), donner
la formule chimique de l’ion carboxylate.
 Ecrire l’équation bilan de la réaction de saponification d’un ester de formule R-COOR’
2. Exemple.
 Ecrire la réaction de saponification du propanoate d’éthyle par une solution concentrée de soude. Nommer
les produits formés.
 Après réaction, en éliminant l’alcool et l’eau, on obtient du carboxylate de sodium à l’état solide. Donner
la formule chimique et le nom du solide obtenus lors de la réaction précédente.
II.
Fabrication d’un savon : l’oléate de sodium
1. Principe.
C17H31 – COO-CH2
Une solution concentrée de soude est utilisée pour réaliser la saponification d’un
corps gras : l’huile d’olive. On admettra que cette huile n’est composée que d’un seul C17H31 – COO-CH
triester : l’oléine ou trioléate de glycéryle dont la formule est donnée ci-contre.
C17H31 – COO-CH2
 Identifier la fonction ester dans la molécule ci-contre. Justifier qu’il s’agisse d’un triester.
 Donner la formule brute de l’oléine puis calculer sa masse molaire.
 Ecrire l’équation chimique de la réaction de saponification de l’oléine avec la soude. L’alcool obtenu est le
du glycérol (en nomenclature officielle il s’agit du propan-1,2,3-triol), l’ion carboxylate est de l’oléate.
 Le triester contenu naturellement dans l’huile d’olive pourrait être synthétisé en faisant réagir le glycérol
avec l’acide oléïque. Donner la formule chimique de l’acide oléique. Quel est sa base conjuguée ?
2. Protocole expérimental
a. Réaction de saponification sous chauffage à reflux.
 Le ballon de 250 mL contient 20mL de soude à 10 mol.L–1 : veillez
manipuler ce ballon avec beaucoup de précaution.
 Y ajouter le flacon d’huile d’olive (15 mL) puis 20mL d’éthanol
(miscible avec l’eau et l’huile, il permet ainsi de lier plus facilement
les ions OH- en solution aqueuse et l’huile d’olive) et quelques
grains de pierre ponce.
 Chauffer à reflux le mélange réactionnel durant 15 min environ.
b. Relargage.
 Verser le mélange obtenu dans un bécher contenant environ 100 mL de solution de chlorure de sodium :
on obtient un précipité qui est du savon de formule chimique C17H31COONa
 Agiter et laisser reposer.
c. Filtration et lavage.
 Filtrer sur Büchner en commençant à verser le plus possible de
liquide clair.
d. Séchage.
 Recueillir le savon à la spatule et le sécher sur papier filtre.
e. Test des propriétés moussantes.
 Découper un petit morceau de savon obtenu et l’introduire dans un tube à essais. Ajouter 2 à 3 mL d’eau
distillée et agiter : de la mousse se forme.
Remarque : il est déconseillé d’utiliser ce savon pour se laver les mains : en effet, il contient encore beaucoup
de soude et est donc caustique.
3. Questions.
a) Quel est le rôle de la pierre ponce ?
b) Déterminer les quantités de matière de chacun des réactifs de la réaction de saponification (densité de
l’huile : d=0,9). En déduire la quantité (en mol) d’ion oléate obtenue (considérer la réaction totale)
c) Ecrire la réaction de précipitation (totale) observée lors de l’opération de relargage.
d) En déduire la masse de savon qu’il est théoriquement possible d’obtenir.
III.
Etude expérimentale des propriétés des savons
1. Préparation d’une eau savonneuse.
Introduire dans un bécher 5 à 6 copeaux de savon ordinaire (dit de Marseille). Ajouter 75 mL environ d’eau
distillée chaude puis utiliser l’agitateur en verre pour homogénéiser la solution (notée S) obtenue.
 Pourquoi utiliser de l’eau chaude plutôt que de l’eau à température ambiante ?
 Ecrire l’équation de la réaction de dissolution du savon dans l’eau.
2. Action sur les cors gras.
 Dans deux tubes à essai contenant l’un de l’eau, l’autre de l’eau savonneuse (solution S), ajouter un peu
d’huile.
 Agiter vigoureusement, laisser reposer puis observer. Conclure.
3. Propriétés acido-basiques d’une solution savonneuse : conséquence.
 A l’aide d’un papier pH, déterminer le pH de la solution S. La basicité de S est due à la réaction des ions
carboxylates avec l’eau. Ecrire l’équation de cette réaction.
 A 1 mL de S, ajouter goutte à goutte une solution d’acide chlorhydrique à 1 mol.L–1. Un précipité blanc
d’acide carboxylique R-COOH apparaît. Ecrire l’équation- bilan. De quel type de réaction s'agit-il ?
 conclusion : un milieu acide est-il favorable à l’action nettoyante d’un savon ?
4. Action de l’eau salée.
 Que permet d’affirmer l’opération de relargage concernant l’usage d’une eau salée (l’eau de mer par
exemple) avec du savon pour nettoyer des taches de graisses sur un linge. Ecrire la réaction chimique
prévisible.
5. Solubilité d’un savon dans une eau dure.
La dureté d’une eau est donnée par la teneur en ions calcium et magnésium. Une eau dure contient plus d’ions
Ca2+ et Mg2+ qu’une eau dite douce. Afin de voir les conséquences de la dureté d’une eau sur un lavage au
savon, réaliser l’expérience suivante :
 A 1 mL de S, ajouter goutte à goutte une solution à 0,1 mol.L–1 de chlorure de calcium. Qu’observe-t-on ?
 Ecrire l’équation –bilan de la réaction observée.
 Conclusion : la présence des ions Ca2+ dans une eau de lavage est–elle favorable à l’action d’un savon ?
Remarque : les observations et conclusions seraient les mêmes avec une solution d’ions Mg2+
6. Pouvoir moussant et lavant d’un savon.
Préparer dans 3 tubes à essais les solutions suivantes :
 Tube n°1 : 3 mL d’eau distillée et 2 mL d’eau savonneuse.
 Tube n°2 : 3 mL d’eau de Volvic et 2 mL d’eau savonneuse
 Tube n°3 : 3 mL d’eau de Vittel et 2 mL d’eau savonneuse.
 Agiter énergiquement une dizaine de fois. Comparer les hauteurs de mousses dans chacun d’eux.
 Justifier les observations faîtes sur les eaux minérales en utilisant les informations figurant sur les
étiquettes.
 Peut-on utiliser un savon pour effectuer efficacement un lavage avec une eau dure ? Quel inconvénient
présente le rinçage effectué avec une eau douce ?
C12 : Fabrication et propriétés des savons - Matériel
Elèves :
 Dispositif de filtration sous vide (Buchner, filtre découpée, pompe à vide)
 Montage à reflux (chauffe ballon, réfrigérant verticale)
 Ballon de 250 mL contenant 20mL de soude à 10 mol/L
 pierre ponce
 Eprouvette graduée de 50 mL
 Flacon d’huile d’olive (15 mL)
 Agitateur en verre
 Spatule
 Bécher de 100 mL
 4 tubes à essai sur support
 papier pH
Au bureau :
 acide chlorhydrique à 1 mol/L
 chlorure de calcium à 0,1 mol/L
 huile de tournesol
 Savon de Marseille en copeau
 Solution de chlorure de sodium saturée
 Bouilloire
 Ethanol à 95°
I. Les réactions de saponification.
1. Définition
Soude : Na+ + OHPotasse : K+ + OHIon carboxylate : RCOOEstérification : RCOO-R’ + OH- = RCOO- + R’OH
2. Exemple
CH3CH2COOCH2CH3 + OH- = CH3CH2COO- + CH3CH2OH
Carboxylate de sodium : CH3CH2COONa savon solide
II. Fabrication d’un savon : l’oléate de sodium
1. Principe
Fonction ester :
C17H31 – COO-CH2
C17H31 – COO-CH
C17H31 – COO-CH2
Il s’agit d’un tri-ester car on y trouve 3 fonctions esters.
Formule brute : C57H98O6
Masse molaire : Mtriester=57.12+98.1+6.16=878 g.mol-1
C17H31 – COO-CH2
C17H31 – COO-CH2
+ 3OH-  3C17H31COO- + CH2-CH2-CH2
C17H31 – COO-CH2
OH OH OH
Acide oléique : C17H31COOH
Base conjuguée : C17H31COO- (ion oléate)
3. Questions
a) La pierre ponce permet d’obtenir une ébullition régulière du mélange réactionnel.
b) Ion hydroxyde : nOH-=c.V=10.0,02=0,2 mol
nhuile=m/M=.V/M avec =0,9 g/cm3 ; V=15 cm3 et M=878 g/mol donc nhuile=1,54.10-2 mol
L’’huile d’olive est le réactif limitant (xmax=1,54.10-2 mol) et noléate=3.xmax=4,62.10-2 mol
c) Avant l’ajout de la solution de chlorure de sodium, l’espèce chimique l’ion oléate est très soluble en
solution aqueuse. Dans une solution très salée (chlorure de sodium), il devient très peu soluble et l’ion
oléate précipite suivant la réaction : C17H31COO- + Na+  C17H31COONa
d) nsavon=noléate=4,61.10-2 mol donc msavon=nsavon.M(C18H31O2Na)=4,62.10-2.302=13,93g.
III. Etude expérimentale des propriétés des savons.
1. Préparation d’une eau savonneuse.
On utilise de l’eau chaude car le savon y est plus soluble.
C17H31COONa = C17H31COO- + Na+
2. Action sur les corps gras
L’huile n’est pas miscible avec l’eau alors qu’elle le devient avec une eau savonneuse.
Explication :
COOEcriture topologique de l’ion oléate :
On simplifie l’écriture par la symbolique suivante :
queue
carbone
tête et
tête
La queue de la molécule est constituée de
d’hydrogène. Cette chaîne est issue de l’huile d’olive
utilisée pour la synthèse du savon. C’est une queue lipophile (qui aime les graisses) et hydrophobe (qui a peur
de l’eau).
La tête correspond au groupe carboxylate COO- qui porte une charge négative. Elle attire les molécules
polaires (comme l’eau) : la tête est donc hydrophile (qui aime l’eau) et lipophobe (qui n’aime pas l’huile).
La solution d’ion oléate au contact d’un corps gras va donc avoir « la queue » au contact de la graisse et la tête
dans l’eau.
La miscibilité de l’ion oléate avec l’huile et l’eau permet ainsi d’enlever les taches de graisses.
3. Propriétés acido-basique
Réaction avec l’eau : C17H31COO- + H2O = C17H31COOH + OHRéaction avec H3O+ : C17H31COO- + H3O+ = C17H31COOH + H2O (réaction acido-basique)
On perd la tête de la molécule, un milieu acide n’est donc pas favorable à l’action nettoyante du savon.
4. Action de l’eau salée.
En présence d’une eau très salée, le savon devient moins soluble et il précipite pour revenir à l’état solide :
C17H31COO- + Na+  C17H31COONa
5. Solubilité d’un savon dans une eau dure
On observe un précipité d’oléate de calcium : 2C17H31COO- + Ca2+  Ca(C17H31COO)2
Il n’y a plus la tête de la molécule pour extraire les taches des graisses.
6. Pouvoir moussant et lavant d’un savon.
La hauteur de mousse est plus importante dans l’eau distillée, dans la Vitel puis la Volvic. La lecture des
étiquettes montre que la Volvic contient beaucoup d’ion Mg2+ et Ca2+ que la volvic. Une eau dure est donc
moins efficace qu’une eau douce.