2-05 Cours - Physique
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2nde www.pichegru.net 18 avril 2016 Chapitre 5 : Extraction de substances chimiques Une extraction consiste à isoler une ou plusieurs espèces chimiques de son milieu d’origine. Masse volumique Corps pur : substance formée d'une seule espèce chimique (ex. eau) La masse volumique ρ (lettre grecque rhô) d’une substance est la masse d’un volume donné de cette substance. Corps composé : substance formée de plusieurs espèces chimiques (ex. air). Les substances qui nous entourent sont, le plus souvent, des corps composés. Exemple : 1 L d’eau pèse 1 kg ρ= EEssppèècceess n naattuurreelllleess & & eessppèècceess ssyyn ntthhééttiiqquueess m V 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 Savoir que certains matériaux proviennent de la nature et d'autres de la chimie de synthèse. Correspondances à retenir pour les unités de volume 1 m3 = 1000 L ; 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 ; 1 mL = 1 cm3 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). Densité Exemple : eau (H2O), le néon (Ne), le fer (Fe), l’ion chlorure (Cl–), le chlorure de sodium (NaCl) La densité d d’une espèce chimique liquide ou solide est le rapport de sa masse volumique ρ sur celle de l’eau. 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. Pour un liquide : d = ρ ρ eau Pour un gaz : d = ρ ρ air ρeau = 1000 kg/m3 = 1,0 g/mL ρair = 1000 kg/m3 = 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. 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. P Prroodduuiittss cchhiim miiqquueess eett ssééccuurriittéé 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. Voir document « Fiche sécurité chimie » Vous devez connaître la signification des différents pictogrammes cidessous par cœur. Leur signification, ains que d’autres conseils de sécurité, sont expliqués dans cette fiche. C Caarraaccttéérriissttiiqquueess pphhyyssiiqquueess dd’’uun nee eessppèèccee cchhiim miiqquuee 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. Solubilité 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. EExxeem mpplleess ddee tteecchhn niiqquueess dd’’eexxttrraaccttiioon n 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. Extraction directe TP 5.1 : Extraction du sel d’un minerai Miscibilité Élaborer et mettre en œuvre un protocole d’extraction à partir d’informations sur les propriétés physiques des espèces chimiques recherchées. 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. 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. -1- 2nde www.pichegru.net 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. Extraction liquide-liquide 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 I2 en solution aqueuse par du cyclohexane. Ampoule à décanter Phase organique (cyclohexane, moins dense que l’eau) Phase aqueuse (eau + I2 + CuSO4) Avant agitation I2 est dans le cyclohexane. CuSO4 est dans l’eau. Après agitation et décantation Étapes de l’extraction 1) On introduit la solution aqueuse contenant du sulfate de cuivre (CuSO4) et du diiode (I2) 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 audessus 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 I2 (car il est plus soluble dans le cyclohexane que dans l’eau) et le cyclohexane, elle. La phase aqueuse contient CuSO4 (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 Hydrodistillation 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. Végétaux Eau Réfrigérant EAU Chauffe-ballon 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 -2- 18 avril 2016
