2-05 Cours - Physique

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www.pichegru.net 18 avril 2016
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Chapitre 5 : Extraction de substances chimiques
Une extraction consiste à isoler une ou plusieurs espèces chimiques de son
milieu d’origine.
Corps pur : substance formée d'une seule espèce chimique (ex. eau)
Corps composé : substance formée de plusieurs espèces chimiques (ex.
air). Les substances qui nous entourent sont, le plus souvent, des corps
composés.
E
E
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Savoir que certains matériaux proviennent de la nature et d'autres de
la chimie de synthèse.
Définitions
Espèce chimique : une espèce chimique peut être une molécule, un ion ou
association d’ions ou encore un atome (quand il peut exister à l’état isolé).
Exemple : eau (H
2
O), le néon (Ne), le fer (Fe), l’ion chlorure (Cl
–
), le
chlorure de sodium (NaCl)
Espèce naturelle : une espèce est dite « naturelle » si elle est fabriquée par
la Nature. On peut la trouver dans des minéraux, ou elle peut être
fabriquée par des organismes vivants.
Espèce synthétique : une espèce synthétique est fabriquée volontairement
par l’Homme, en laboratoire ou dans des usines chimiques. Une espèce
synthétique peut exister dans la Nature mais il peut être plus simple et
moins coûteux de la fabriquer artificiellement (par exemple l’indigo,
l’éthanol, la vanilline, la vitamine C).
Une espèce synthétique peut aussi être une molécule inventée par
l’Homme (aspirine, ibuprofène, matières plastiques, certains insecticides)
et qui n’existe donc pas dans la Nature.
Ressources chimiques
Pour fabriquer ces molécules, les chimistes utilisent des molécules simples
tirées du pétrole, qu’ils modifient et assemblent, étape par étape, pour
arriver au produit voulu.
Avant de fabriquer des espèces chimiques, l’Homme a développée
plusieurs techniques, depuis l’Antiquité, lui permettant d’extraire certaines
espèces chimiques des substances naturelles qui la contiennent.
C
C
Ca
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Déterminer la masse d’un échantillon à partir de sa densité ou de sa
masse volumique.
La solubilité d’une espèce chimique dans un liquide donné (le plus souvent
l’eau) ou, si elle est liquide, sa miscibilité avec d’autres liquides (là encore,
le plus souvent, l’eau), sont deux caractéristiques très importantes à
connaître lorsqu’on cherche à extraire une espèce chimique du mélange
qui la contient.
S So ol lu ub bi il li it té é
Si un solide peut se dissoudre dans un liquide et former un mélange
homogène avec celui-ci, on dit alors que ce solide est soluble dans ce
liquide. Le contraire de soluble est « insoluble »
Remarque : certains gaz peuvent aussi se dissoudre dans certains liquides.
 Exemples : le sucre est soluble dans l’eau. Le chlorure de sodium est
insoluble dans l’acétone.
La solubilité d’une espèce chimique dans un liquide (ou solvant) donné
est la masse maximale que l’on peut dissoudre dans de l’eau pour obtenir 1
L de solution saturée.
M Mi is sc ci ib bi il li it té é
Si deux liquides peuvent former un mélange homogène, on dit qu’ils sont
miscibles entre eux. Le contraire de miscible est « non miscible ».
 Exemples : L’eau et l’éthanol (alcool) sont miscibles. L’eau et l’huile
sont non miscibles.
M Ma as ss se e v vo ol lu um mi iq qu ue e
La masse volumique ρ (lettre grecque rhô) d’une substance est la masse
d’un volume donné de cette substance.
Exemple : 1 L d’eau pèse 1 kg
V
m
= ρ
ρ s’exprime en g/mL, kg/L ou kg/m³ dans le système international
m : en g ou kg dans le système international
V : en mL, L ou m³ dans le système international
Masse volumique
 Correspondances à retenir pour les unités de
volume
1 m
3
= 1000 L ; 1 L = 1000 mL = 1000 cm
3
; 1 mL = 1 cm
3
D De en ns si it té é
La densité d d’une espèce chimique liquide ou solide est le rapport de sa
masse volumique ρ sur celle de l’eau.
Pour un liquide :
eau
ρ
ρ
=d
Pour un gaz :
air
ρ
ρ
=d
ρ
eau
= 1000 kg/m
3
= 1,0 g/mL
ρ
air
= 1000 kg/m
3
= 1,0 g/mL
La densité n’a pas d’unité, car c’est un rapport de masse volumique. Dire
qu’une substance solide ou liquide a une densité égale à 2, c’est dire que sa
masse volumique est deux fois plus grande que celle de l’eau.
En pratique, pour un solide ou un liquide, d = nbre de grammes dans 1
mL.
Les solides et liquides moins denses que l’eau flottent. Les autres coulent.
P
P
Pr
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Voir document « Fiche sécurité chimie »
Vous devez connaître la signification des différents pictogrammes ci-
dessous par cœur. Leur signification, ains que d’autres conseils de sécurité,
sont expliqués dans cette fiche.
E
E
Ex
x
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n
n
E Ex xt tr ra ac ct ti io on n d di ir re ec ct te e
TP 5.1 : Extraction du sel d’un minerai
Élaborer et mettre en œuvre un protocole d’extraction à partir
d’informations sur les propriétés physiques des espèces chimiques
recherchées.
L’extraction directe est utilisée pour extraire certaines substances d’un
mélange solide. On utilise un solvant dans lequel les substances à extraire
sont bien solubles.

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On fait infuser le mélange solide dans le solvant, puis on filtre la solution
obtenue, qui contient les substances extraites dissoutes.
 Exemple : la préparation du café filtre est une extraction directe.
E Ex xt tr ra ac ct ti io on n l li iq qu ui id de e- -l li iq qu ui id de e
L’extraction liquide-liquide est utilisée pour extraire un ou des solutés
dissous dans un solvant initial.
On utilise un solvant extracteur dans lequel le(s) soluté(s) sont plus
solubles que dans le solvant initial. Le solvant extracteur ne doit pas être
soluble dans le solvant initial.
 Extraction du diiode I
2
en solution aqueuse par du cyclohexane.
Étapes de l’extraction
1) On introduit la solution aqueuse contenant du sulfate de cuivre (CuSO
4
)
et du diiode (I
2
) et le solvant organique (cyclohexane dans notre
expérience) dans une ampoule à décanter.
Remarque : Le cyclohexane est moins dense que l’eau, donc il reste au-
dessus de l’eau, si on utilise un solvant organique plus dense que l’eau, il
serait en-dessous.
2) On bouche, on agite et on dégaze.
3) On débouche l'ampoule et on attend que le mélange décante : les phases
aqueuse et organique se séparent. La phase organique contient I
2
(car il
est plus soluble dans le cyclohexane que dans l’eau) et le cyclohexane,
elle. La phase aqueuse contient CuSO
4
(car il est plus soluble dans l’eau
que dans le cyclohexane) et l’eau.
4) On récupère dans deux béchers les deux phases différentes.
Extraction liquide-liquide
H Hy yd dr ro od di is st ti il ll la at ti io on n
TP 5.2 Extraction d’une huile essentielle d’agrume
Utiliser une ampoule à décanter, un dispositif de filtration, un appareil
de chauffage dans les conditions de sécurité.
Dans une hydrodistillation (ou entraînement à la vapeur) des huiles
essentielles extraites de végétaux sont entraînées, à l'état gazeux, par de la
vapeur d'eau.
Après refroidissement et condensation dans le réfrigérant, on obtient un
distillat formé de 2 phases liquides non miscibles, que l'on sépare par
décantation (avec une ampoule à décanter)
Remarque : L'eau de refroidissement entre par le bas du réfrigérant et sort
par le haut. De cette manière la totalité du tube intérieur du réfrigérant est
refroidi.
Hydrodistillation
Réfrigérant
Chauffe
-
ballon
Végétaux
Eau
EAU
Ampoule à décanter
Phase aqueuse
(eau + I
2
+ CuSO
4
)
Phase organique (cyclohexane,
moins dense que l’eau)
Avant agitation
I
2
est dans le
cyclohexane.
CuSO
4
est dans
l’eau. Après agitation
et décantation