Pour aller plus loin : 

Mots clés : Extraction des espèces chimiques ; les méthodes d'extraction ; chromatographie ; chromatographie en phase gazeuse ; la distillation ; l'entraînement à la vapeur ; la distillation fractionnée ; l'ampoule à décanter ; ...

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I- Extraction d’espèces chimiques. (En relation avec le TP Chimie N° 2)

1)- Historique.

Le plus souvent, l’Homme se trouve confronté à des substances qui sont des mélanges d’espèces chimiques. Il faut parfois les séparer pour les utiliser.

Pour ce faire, il utilise différentes techniques d’extraction :

-          L’expression qui consiste à extraire le jus d’un fruit.

-          La décantation (solide / liquide) et (liquide / liquide). Exemple : eau bouseuse et cas des liquides non miscibles.

-          La décoction ou l’infusion.

-          L’extraction par un solvant ou la macération.

-          La distillation.

-          L’hydrodistillation ou entraînement à la vapeur (Essence de Lavande)

2)- L’extraction par un solvant.

-          L’extraction par un solvant consiste à dissoudre l’espèce chimique recherchée dans un solvant non miscible avec l’eau et à séparer les deux phases obtenues.

-          L’extraction par un solvant se réalise dans une ampoule à décanter. Le choix du solvant dépend de l’espèce chimique recherchée.

-          L’espèce chimique doit être plus soluble dans le solvant que dans l’eau.

I    Expérience : extraction du diiode présent dans une solution.

-          Protocole expérimental : introduire le mélange (solution aqueuse d’iodure de potassium et de diiode) dans l’ampoule à décanter puis ajouter délicatement le solvant (hexane ou pentane : solvant organique : liquide incolore moins dense que la solution aqueuse et non miscible)

-          Agiter, laisser décanter et dégazer.

-          On observe alors deux phases : la phase inférieure qui est pratiquement décolorée et la phase supérieure qui contient le diiode dans le solvant qui est violette.

-          On dit que le diiode a été extrait par le solvant.

-          On récupère la phase contenant le diiode et le solvant. Après évaporation du solvant, on recueille le diiode (solide).

3)- L’entraînement à la vapeur ou hydrodistillation ou distillation simple.

Montage utilisé au laboratoire : voir

-          Dans l’entraînement à la vapeur, l’ébullition du mélange d’eau et du produit crée un courant de vapeurs. 

-          Ce courant de vapeurs est constitué de vapeurs d’eau et de vapeurs des huiles essentielles du produit.

-          On condense ce mélange gazeux pour obtenir un distillat. Ce distillat est constitué d’eau à l’état liquide et des huiles essentielles à l’état liquide. 

-          Les huiles essentielles étant peu miscibles avec l’eau et moins dense que l’eau, elles surnagent.

-          Exemple : on extrait par entraînement à la vapeur, l’huile essentielle des fleurs de lavande. 

-          Cette huile essentielle est un mélange dont le principal constituant est l’acétate de linalyle (ester peu soluble dans l’eau).

4)- La distillation.

-          Elle permet de séparer les espèces chimiques constituant un mélange liquide.

-          Le mélange à distiller est placé dans un ballon surmonté d’une colonne à distiller : colonne de Vigreux.

-          On chauffe le ballon jusqu’à ébullition du mélange. Les vapeurs des différentes espèces chimiques montent dans la colonne à distiller.

-          La colonne à distiller permet de séparer les différentes espèces chimiques. En tête de colonne à distiller, on trouve l’espèce chimique les plus volatiles. 

-          Les autres se condensent et retombent dans le ballon.

-          L’espèce chimique la plus volatile est condensée grâce au réfrigérant. On recueille le distillat.

II- La chromatographie. (En relation avec le TP Chimie N° 03)

1)- Chromatographie sur couche mince (C.C.M).

-          Cette technique permet de séparer les espèces chimiques présentes dans un mélange homogène.

Pour effectuer une C.C.M, on utilise :

-          Une phase fixe sur laquelle une goutte de mélange à séparer est déposée. 

-          La phase fixe est constituée d’une mince couche de gel de silice déposée sur une plaque d’aluminium.

-          Une phase mobile ou éluant. C’est le solvant dans lequel les constituants du mélange sont plus ou moins solubles.

-          L’éluant migre le long de la phase fixe grâce au phénomène de capillarité. 

-          Il entraîne les constituants du mélange qui se déplacent à des vitesses différentes. 

-          On peut ainsi les séparer.

2)- Chromatographie et séparation.

-          La chromatographie permet la séparation des constituants d’un mélange. 

-          Pour un éluant et un support donnés, une espèce chimique migre de la même façon qu’elle soit pure ou dans un mélange.

-          Une espèce chimique très soluble dans l’éluant migre beaucoup plus vite qu’une substance peu soluble.

-          Les espèces chimiques étant entraînées à des vitesses différentes peuvent être séparées.

3)- Chromatographie et analyse.

-          La chromatographie est aussi une technique d’analyse. Elle permet d’identifier les espèces chimiques présentes dans un mélange.

-          Des espèces chimiques identiques migrent à des hauteurs identiques sur une même plaque de chromatographie.

-         Préparation de la plaque ;

animation :

http://www4.ac-lille.fr/~physiquechimie/espalyc/seconde/deffont/chromato/presenta.htm

III- Caractéristiques physiques d’une espèce chimique.

1)- La température d’ébullition : θ_eb.

-          On appelle température d’ébullition d’une espèce chimique, notée θ_eb, la température de passage de l’état liquide à l’état gazeux de cette espèce chimique.

-          L’unité : le degré Celsius : ° C

-          Instrument de mesure : le thermomètre.

-          Tableau : température d’ébullition de l’eau.

-          Remarque 1 : la température d’ébullition dépend de la pression. On peut faire bouillir de l’eau pratiquement à zéro degré Celsius.

-          Remarque 2 : Un mélange ne se comporte pas comme un corps pur.

-          La température d’ébullition d’un corps pur ne varie pas au cours de l’ébullition.

-          Si l’on fait bouillir de l’eau salée, la température d’ébullition du mélange varie au cours de l’ébullition.

-          La température d’ébullition de l’eau salée est supérieure à la température de l’eau.

-          De même, l’eau salée gèle à une température inférieure à 0 ° C.

-          La température d’ébullition est une grandeur caractéristique d’une espèce chimique à une pression donnée.

2)- La température de fusion : θ _fus.

-          On appelle température de fusion d’une espèce chimique, notée θ _fus, la température de passage de l’état solide à l’état liquide de cette espèce chimique.

-          L’unité : le degré Celsius : ° C

-          Instrument de mesure : le thermomètre, le banc Kofler.

-          Remarque : cette température dépend de la pression.

-          Remarque 2 : Un mélange ne se comporte pas comme un corps pur. l’eau salée gèle à une température inférieure à 0 ° C.

3)- La masse volumique.

-          La masse volumique d’une espèce chimique est égale au quotient de sa masse par son volume. On écrit :

-          Autres unités : kg / L ou kg / dm³   ;   g / cm³  ou g / mL.

4)- La densité.

-          La densité des liquides et des solides se mesure par rapport à l’eau. La densité des gaz se mesure par rapport à l’air.

-          Conséquence :

-          La densité est un nombre qui n’a pas d’unité.

-          Exemples : dans un même récipient, on verse de l’eau, du mercure et de l’huile. Ces liquides sont non miscibles. 

? Faire un schéma du récipient à l’équilibre. On donne : densité du mercure : d = 13,6  et densité de l’huile : d = 0,90.

5)- L’indice de réfraction.

-          L’indice de réfraction est caractéristique d’une espèce chimique.

-          Elle se détermine à l’aide de mesures d’angle ou directement à l’aide d’un réfractomètre.

6)- Utilisation des caractéristiques physiques.

-          Les caractéristiques physiques des espèces chimiques permettent de les distinguer les unes des autres.

-          Une liste des caractéristiques physiques d’une espèce chimique constitue (en quelque sorte) sa carte d’identité.

-          Pour identifier une espèce chimique ou vérifier sa pureté, on utilise ses caractéristiques physiques : température de changement d’état, masse volumique, …..

-          On peut identifier une espèce chimique obtenue en déterminant ses caractéristiques physiques et en les comparant à celles d’espèces chimiques connues.

IV- Applications.