Techniques de séparation : extraction liquide-liquide

Fiche TP
Techniques de séparation :
extraction liquide-liquide
10
L’isolement d’une substance, naturelle ou synthétique nécessite souvent une extraction avec un solvant
et des lavages destinés à l’élimination des impuretés. Ces opérations se terminent toujours par une
décantation.
1 Décantation
La décantation est le procédé permettant la séparation de deux phases liquides non miscibles de densités
différentes : l’une des phases est aqueuse, l’autre organique. Leur séparation s’effectue sous l’action de la
pesanteur, en les laissant reposer.
1.1 Verrerie utilisée
Au laboratoire, la décantation est le plus souvent réalisée dans une ampoule à décanter. Diverses formes
d’ampoules sont représentées à la figure suivante.
Les différentes étapes de son utilisation seront rappelées plus loin.
1.2 Comment savoir où se situe chacune des phases
En connaissant les masses volumiques :
La valeur de la masse volumique ou de la densité du solvant organique permet, dans la plupart des cas, de
reconnaître les phases organique et aqueuse : par exemple, une phase éthérée (ρ=0,793 g ·cm−3,d= 0,793)
forme la couche supérieure, alors que si le solvant est le dichlorométhane (ρ=1,326 g ·cm−3,d= 1,326), il
se retrouve au fond de l’ampoule car la masse volumique de l’eau est de ρ=1,00 g ·cm−3, soit d= 1,00.
Méthode expérimentale :
Cependant, la masse volumique de la solution aqueuse (n’étant pas de l’eau pure) peut être telle qu’il soit
difficile d’identifier chaque phase avec certitude. Voici un moyen simple d’identification : ajouter quelques
gouttes d’eau : selon qu’elles traversent la couche supérieure ou s’y mélangent, on peut déterminer si cette
dernière est organique ou aqueuse.
1.3 Comment améliorer la décantation
Bulles bloquées :
Dans certains cas des bulles d’une des phases restent coincées dans l’autre, pour cela il suffit d’utiliser une
baguette en verre que l’on peut plonger dans l’ampoule pour entraîner ces bulles vers leur phase.

2/5 fiche TP : Techniques de séparation : extraction liquide-liquide mlm.pcsi
Formation d’une émulsion :
Il peut arriver que la séparation entre deux phases ne soit pas nette, mais qu’il se forme une émulsion,
c’est-à-dire, une zone intermédiaire contenant des gouttelettes d’une phase suspendues dans l’autre. Certains
solvants organiques, tels que le dichlorométhane et le trichlorométhane, ont tendance à former des émulsions
avec l’eau. De plus, la présence d’agents tensio-actifs (produits naturels, protéines, etc.) dans la phase aqueuse
entraîne souvent la formation d’émulsions.
Diverses méthodes, peuvent être employées pour briser une émulsion, seules celles que vous pourrez employer
seront présentées :
•l’attente : laisser reposer l’ampoule pendant une longue période constitue souvent un bon moyen de
rupture d’une émulsion ;
•les agents chimiques : l’addition d’un sel inorganique (du chlorure de sodium en général) dans la phase
aqueuse augmente sa densité, cela permet d’obtenir une meilleure séparation si la phase aqueuse était
déjà la phase la plus dense.
Produits d’interface : Les émulsions mises à part, des produits d’interface d’aspect filamenteux, globulaire
ou mal défini, apparaissent parfois entre les deux phases. L’application à l’ampoule d’un léger mouvement
de rotation réduit souvent la dimension de ces produits. Ils sont régulièrement prélevés avec la phase qui
nous intéresse et éliminés seulement à la dernière décantation avec l’autre phase. Cette manière de procéder
permet de récupérer une phase propre et d’obtenir un rendement maximum.
2 Extraction liquide-liquide
2.1 Présentation
L’extraction liquide-liquide consiste à faire passer une substance qui nous intéresse d’un solvant, dont elle est
souvent difficile à séparer, à un autre (appelé solvant d’extraction), dont elle sera facilement isolable. Cette
opération, réalisée habituellement par agitation, est possible à condition que les deux solvants soient très peu
ou pas miscibles entre eux.
Elle est d’autant plus efficace que la substance à extraire est plus soluble dans le solvant d’extraction que
dans son solvant original.
Exemple : on peut extraire par l’éther diéthylique une substance organique telle que l’alcool benzylique
très soluble dans l’éther en présence d’ions benzoate très soluble dans l’eau. La figure suivante représente
schématiquement l’extraction correspondante.
Remarques :
•Une extraction ne se fait jamais à 100 % il reste toujours des molécules du composé à extraire dans le
solvant dans lequel il est moins soluble.
•On procède au salage de la solution aqueuse avec du chlorure de sodium parfois. En effet la présence
de sol diminue la solubilité des composés organiques dans l’eau, qui passent ainsi plus facilement dans
la phase organique par effet de relargage. La récupération des produits organiques est dont améliorée
lorsque leur solubilité dans l’eau n’est pas négligeable.

mlm.pcsi fiche TP : Techniques de séparation : extraction liquide-liquide 3/5
Mise en œuvre pratique :
On souhaite extraire un composé d’une phase aqueuse grâce à deux étapes d’extraction avec un solvant
organique.
mise en œuvre pratique d’une étape d’extraction :
•placer la solution aqueuse à extraire dans l’ampoule à décanter ;
•ajouter le volume demandé de solvant d’extraction dans l’ampoule à décanter ;
•agiter vigoureusement l’ampoule en veillant à dégazer régulièrement ;
•replacer l’ampoule sur son support, retirer le bouchon et attendre la décantation
•une fois la décantation effectuée, séparer les phases en recueillant la phase inférieure dans un
erlenmeyer ou un bécher ;
pour effectuer une deuxième étape d’extraction :
il faut replacer la phase à extraire dans l’ampoule à décanter (ici la phase aqueuse) :
•si la phase aqueuse est la phase supérieure (cas de solvants d’extraction plus denses que l’eau,
tel que le dichlorométhane) : après avoir recueilli la phase organique inférieure, on laisse la phase
aqueuse dans l’ampoule à décanter avant de reprendre les étapes précédentes ;
•si la phase aqueuse est la phase inférieure (cas de solvants d’extraction moins denses que l’eau,
tel que l’éther diéthylique) : après avoir recueilli la phase aqueuse inférieure dans un récipient,
on recueille la phase organique supérieure dans un autre récipient puis on verse à nouveau la
phase aqueuse dans l’ampoule à décanter avant de reprendre les étapes précédentes
Après chaque étape d’extraction on réunit les phases organiques.
Précautions d’utilisation d’une ampoule à décanter :
•lorsque l’ampoule est sur son support, toujours veiller à ce qu’il y ait un récipient en dessous ;
•avant de placer la solution à extraire dans l’ampoule, vérifier que le robinet tourne sans problème
et qu’il n’y a pas de risque de fuite ;
•vérifier que le robinet est fermé avant de placer la solution à extraire dans l’ampoule
•lors du premier renversement, tout de suite dégazer par ouverture du robinet, en visant la vitre
de séparation entre les paillasses ;
•l’agitation doit être très vigoureuse et le dégazage régulier pour éviter les surpressions éventuelles ;
•lorsque l’ampoule est reposée sur son anneau, le premier réflexe est de retirer le bouchon, sinon
la décantation est plus lente et le liquide ne coulera pas lorsque le robinet sera ouvert ;

4/5 fiche TP : Techniques de séparation : extraction liquide-liquide mlm.pcsi
2.2 Coefficient de partage
Lors de l’agitation des deux phases la surface de contact entre elle est augmentée, au niveau des interfaces
peut s’effectuer un échange des molécules d’une phase vers l’autre. Un équilibre s’instaure, appelé équilibre
de partage. Les concentrations de l’espèce considérée dans chacune des phases sont déterminées à l’équilibre
grâce à une constante Kappelée coefficient de partage.
Soit un volume VAde solvant Aet un volume VBde solvant d’extraction Bnon miscible à A, dans lesquels
un composé Cest en solution. Si CA et CBreprésentent les concentrations molaires volumiques du composé
Cdans les solvants et CB/CA, le rapport est constant à une température donnée : K=CB
CA
Par le calcul on peut montrer qu’à quantité de solvant d’extraction fixée, on transfère une plus grande
quantité du composé Cen s’y prenant en plusieurs fois qu’en une seule fois. Il est donc plus efficace de faire
une extraction en trois étapes avec 20 mL de solvant d’extraction à chaque fois plutôt qu’en une seule avec
60 mL. (cf. TP équilibre chimique).
3 Lavage
La différence entre un lavage et une extraction est juste l’objectif, car en ce qui concerne la mise en œuvre
pratique c’est exactement la même chose.
L’objectif du lavage est de faire passer une substance considérée comme une impureté dans la phase qui
contient les molécules qui nous intéressent vers un autre solvant appelé solvant de lavage. Dans le cas de
l’extraction la phase qui nous intéresse est la phase d’extraction, dans le cas du lavage c’est la phase initiale.
Les composés qui nous intéressent sont généralement dans une phase organique et le solvant de lavage est
généralement de l’eau distillée ou une solution aqueuse neutre, acide ou basique selon l’impureté à éliminer.
Lavage avec de l’eau :
Les lavages avec l’eau éliminent de la phase organique les impuretés solubles dans l’eau tels les sels et les
composés organiques polaires de faible masse molaire. Le dernier lavage est parfois effectué avec une solution
saturée de chlorure de sodium, afin d’enlever l’eau d’un composé organique liquide (effet de relargage : ici
l’eau qui pourrait rester en phase organique passe en phase aqueuse) et de limiter la formation d’émulsions
à l’interface des deux phases.
Utilisation de solution aqueuse contenant un réactif chimique sélectif :
On peut utiliser une solution contenant un réactif chimique qui réagira uniquement avec l’impureté à éliminer
pour faciliter son passage dans la phase aqueuse. Le plus souvent on cherche à éliminer l’acidité (ions oxonium)
ou la basicité (ions hydroxyde) d’une phase organique.
L’élimination de l’acidité d’un milieu réactionnel s’effectue par un lavage avec une solution diluée basique
(carbonate, hydrogénocarbonate ou hydroxyde de sodium). L’élimination de la basicité est réalisée par un
lavage avec une solution diluée acide (acide chlorhydrique, hydrogénocarbonate, ammonium).
Ordre des lavages : Le lavage acide ou basique est réalisé en premier puis est suivi d’un ou de plusieurs
lavages avec de l’eau ou une solution saturée de chlorure de sodium, jusqu’à neutralité de la phase aqueuse
de lavage. Dans certains cas, pour prévenir une réaction éventuelle brutale entre les impuretés et la solution
de lavage, acide ou basique, il est recommandé d’effectuer un lavage préalable avec de l’eau.
Contrôle de fin de lavage : Lorsque le but des lavages est l’élimination de l’acidité ou de la basicité, le
papier indicateur de pH sert le plus souvent à contrôler la fin des lavages : on vérifie l’eau du dernier lavage.
ATTENTION : on ne peut pas vérifier le pH de la phase organique avec du papier pH, il faut donc vérifier
que l’eau du lavage est neutre pour s’assurer que la phase organique l’est aussi. Si le but des lavages étaient
l’élimination d’autres composés il existe différents tests chimiques (par exemple : addition d’une solution de
Ba2+ pour contrôler l’élimination d’ions SO 2–
4

mlm.pcsi fiche TP : Techniques de séparation : extraction liquide-liquide 5/5
Mise en œuvre pratique :
On souhaite laver une phase organique à l’aide d’une solution aqueuse. La mise en œuvre est exactement
la même que dans le cas de l’extraction, en remplaçant solvant d’extraction par solution de lavage et
en sachant que la phase à garder est la phase organique que l’on lave.
mise en œuvre pratique d’une étape de lavage :
•placer la solution organique à extraire dans l’ampoule à décanter ;
•ajouter le volume demandé de solution de lavage dans l’ampoule à décanter ;
•agiter vigoureusement l’ampoule en veillant à dégazer régulièrement ;
•replacer l’ampoule sur son support, retirer le bouchon et attendre la décantation
•une fois la décantation effectuée, séparer les phases en recueillant la phase inférieure dans un
erlenmeyer ou un bécher ;
pour effectuer une deuxième étape de lavage :
il faut replacer la phase à laver dans l’ampoule à décanter (ici la phase organique) :
•si la phase organique est la phase supérieure : après avoir éliminé la phase aqueuse inférieure, on
laisse la phase organique dans l’ampoule à décanter avant de reprendre les étapes précédentes
avec la nouvelle solution de lavage ;
•si la phase organique est la phase inférieure : après avoir recueilli la phase organique inférieure
dans un récipient, on élimine la phase aqueuse supérieure dans un autre récipient puis on verse à
nouveau la phase organique dans l’ampoule à décanter avant de reprendre les étapes précédentes
avec la nouvelle solution de lavage.
Ici il n’y a pas besoin de réunir après chaque étape de lavage les phases aqueuses, car ce qui nous
intéresse c’est la phase organique.
Les précautions d’utilisation de l’ampoule à décanter sont les mêmes que lors de l’extraction.