Synthèse, extraction, identification en chimie
Seconde physique-chimie • Espèce naturelle, synthétique, artificielle • Extraction • Identification • CCM
📌 Aller à la fiche bilan 🧪 Exercices contextualisés 🎓 Partie type bac / évaluation 🔬 Schémas essentiels
Objectifs du chapitre
Ce cours reprend tes phrases du cahier comme base : espèces naturelles, synthétiques ou artificielles, synthèse, montage à reflux, extraction, hydrodistillation, extraction liquide-liquide, identification par tests, propriétés physiques, indice de réfraction, solubilité et chromatographie sur couche mince.
Distinguer
Espèce naturelle, synthétique et artificielle.
Expliquer
Le principe d’une synthèse, d’une extraction et d’une identification.
Interpréter
Un montage, une CCM, une densité ou un test chimique.
I. Synthèse
1. Espèce chimique naturelle, synthétique ou artificielle
Espèce chimique naturelle : extraite d’une substance naturelle, fabriquée par la nature.
Exemple : glucose, sucre.
Espèce chimique synthétique : fabriquée par l’homme, en laboratoire.
Il en existe deux types :
- Synthétiques : ce sont des copies d’une molécule naturelle. Exemple : aspirine.
- Artificielles : qui n’existent pas dans la nature. Exemple : paracétamol.
Si on compare une molécule naturelle et sa copie synthétique, il n’y a aucune différence.
C’est la même chose.
2. La synthèse
Synthétiser, c’est fabriquer une molécule en utilisant une réaction chimique.
Exemple — Synthèse du dioxygène
On peut synthétiser du dioxygène par électrolyse de l’eau.
Cette transformation produit du dihydrogène et du dioxygène.
Exemple — Synthèse d’un arôme
Réaction d’estérification :
Un ester est souvent responsable d’une odeur ou d’un arôme.
Exemple : arôme de banane.
3. Le montage à reflux
Pour réaliser la plupart des synthèses, on utilise le montage à reflux.
Principe du montage à reflux :
- On chauffe pour accélérer la réaction.
- On refroidit les vapeurs pour les recondenser et éviter les pertes.
- Le support élévateur, sécurité, permet de couper le chauffage rapidement.
- L’eau froide arrive par le bas pour bien remplir le réfrigérant.
- La pierre ponce sert à assurer une bonne agitation du mélange.
Ce montage est utilisé pour quasiment toutes les synthèses.
Dans la plupart des cas, on devra faire quelques étapes de purification avant d’utiliser le produit synthétisé.
II. Extraction
Il existe de très nombreuses techniques d’extraction traditionnelles :
- Infusion : on laisse refroidir dans de l’eau.
- Décoction : on chauffe de l’eau avec les végétaux.
- Macération : on laisse reposer.
1. Hydrodistillation : entraînement à la vapeur
Principe :
- Chauffer pour évaporer.
- On refroidit les vapeurs pour les recondenser puis les récupérer.
- Ce montage fonctionne très bien pour extraire les substances volatiles : odeurs, arômes.
- C’est avec ce montage que l’on prépare les huiles essentielles.
- Ce montage est également utilisé pour distiller, extraire, de l’alcool.
2. Extraction liquide-liquide, extraction par solvant
Principe : on va extraire une molécule en la faisant passer dans un solvant dans lequel elle est soluble.
Exemple : préparation du monoï de Tiaré.
Exemple : extraction de I₂ par le cyclohexane.
Pour réaliser une extraction liquide-liquide et séparer les phases, on va utiliser une ampoule à décanter.
Pour pouvoir faire une extraction par solvant, il faudra que les deux liquides soient non miscibles : ils ne se mélangent pas.
Comment savoir quel liquide sera dessus ? On regarde la densité d des deux liquides. Celui qui a la densité la plus grande, le plus lourd, sera en bas. Celui qui a la densité la plus faible sera en haut.
Exemple du cahier — Iode et cyclohexane
Le cyclohexane a une densité d = 0,8. L’eau a une densité d = 1.
Le cyclohexane est donc moins dense que l’eau : il forme la phase supérieure.
En haut : cyclohexane + I₂ ; en bas : eau.
III. Techniques d’identification d’une espèce chimique
1. Les tests d’identification
Identifier, c’est vérifier la présence d’une espèce chimique.
Dans un test d’identification, on va faire réagir la substance avec un réactif et observer, ou non, un changement de couleur ou l’apparition d’un précipité.
Test à l’eau de chaux
Le test à l’eau de chaux permet d’identifier le CO₂.
Précipité blanc → présence de CO₂.
Test à la liqueur de Fehling
La liqueur de Fehling permet d’identifier certains sucres réducteurs.
Précipité orange après chauffage → présence d’un sucre réducteur.
Il en existe un très grand nombre. Ces tests sont très pratiques car ils sont visuels, changement de couleur, et rapides. Ils sont donc très utilisés dans la police pour l’identification de substances interdites.
Problèmes :
- C’est une technique d’identification destructive : on détruit l’échantillon.
- Il n’existe pas de tests pour toutes les espèces chimiques. Exemple : pas de test simple pour O₂ dans ce cours.
- Il faudra mettre en place d’autres techniques d’identification.
2. Identification par les propriétés physiques ou physico-chimiques
On va pouvoir identifier une substance grâce à ses propriétés physiques, Teb, Tfus, masse volumique, ou ses propriétés chimiques, comme la solubilité.
Température d’ébullition
On souhaite identifier un liquide inconnu : comment vérifier que c’est de l’eau ?
Il suffit de mesurer sa température d’ébullition.
Si c’est de l’eau pure, elle doit bouillir à Teb = 100 °C.
Remarque
Si la substance n’est pas pure, les températures de changement d’état seront légèrement différentes.
Exemple : l’eau salée bout à environ 110 °C, ce qui accélère la cuisson des patates.
3. Indice de réfraction
On peut identifier une substance en mesurant son indice de réfraction n.
On mesure i et r et on utilise les lois de Descartes de la réfraction :
Si le milieu 1 est connu et le milieu 2 inconnu :
Formule de départ :
On divise par sin r :
On compare l’indice de réfraction du milieu inconnu aux indices des différentes substances dans un livre ou une table de données.
4. Identification grâce aux propriétés chimiques : la solubilité
On peut par exemple utiliser la solubilité pour identifier une substance.
Solubilité : quantité maximale qu’on peut dissoudre dans 1 L de solvant, souvent l’eau.
Expérience — Vérifier qu’une substance est du sel
On sait que sNaCl = 330 g·L⁻¹.
Il suffit de dissoudre la substance inconnue dans 1 L d’eau jusqu’à saturation et de vérifier que la quantité dissoute correspond à la solubilité.
Si environ 330 g se dissolvent dans 1 L d’eau, cela confirme l’hypothèse NaCl.
IV. Chromatographie sur couche mince, CCM
La chromatographie sur couche mince permet de séparer et d’identifier des espèces chimiques.
Principe :
- On place une plaque dans une cuve contenant un éluant.
- L’éluant monte sur la plaque.
- Les espèces chimiques migrent plus ou moins haut selon leurs affinités avec la plaque et l’éluant.
- On compare les taches du mélange inconnu avec des références.
Exercice type — Interpréter une CCM
Sur la CCM ci-dessus, la tache du sérum du patient est à la même hauteur que celle de l’hépatite C.
On peut identifier la présence de l’espèce correspondant à l’hépatite C dans le sérum du patient.
Dans une vraie situation médicale, l’interprétation dépend de protocoles et contrôles stricts. Ici, c’est un modèle pédagogique de lecture de CCM.
V. Exercices contextualisés
1. Arôme de banane
Un arôme de banane est obtenu au laboratoire par réaction entre un alcool et un acide.
- Comment appelle-t-on ce type de fabrication ?
- Quel type de molécule est souvent responsable d’un arôme ?
- Écrire le modèle général de la réaction.
Correction :
1. C’est une synthèse.
2. C’est souvent un ester.
Alcool + Acide → Ester + H₂O
2. Huile essentielle de fleur locale
On souhaite extraire l’odeur d’une fleur pour obtenir une huile essentielle.
- Quelle technique moderne peut-on utiliser ?
- Quel est son principe ?
- Pourquoi refroidit-on les vapeurs ?
Correction :
1. On peut utiliser l’hydrodistillation.
2. On chauffe pour entraîner les substances volatiles avec la vapeur.
3. On refroidit les vapeurs pour les recondenser et les récupérer.
3. Extraction de l’iode
On met une solution aqueuse contenant du diiode I₂ en contact avec du cyclohexane. Après agitation, le cyclohexane devient rose et l’eau se décolore.
- Dans quel solvant I₂ est-il le plus soluble ?
- Pourquoi faut-il que les deux liquides soient non miscibles ?
- Si dcyclohexane = 0,8 et deau = 1, quelle phase est au-dessus ?
Correction :
1. I₂ est plus soluble dans le cyclohexane.
2. Les phases doivent être séparées pour pouvoir les récupérer.
3. Le cyclohexane, moins dense, est au-dessus.
4. Identifier un liquide inconnu
Un liquide bout à 100 °C sous pression atmosphérique normale.
- Quelle propriété physique utilise-t-on ?
- Quelle hypothèse peut-on faire sur le liquide ?
- Pourquoi faut-il rester prudent ?
Correction :
1. On utilise la température d’ébullition.
2. On peut penser qu’il s’agit d’eau pure.
3. Il faut vérifier la pureté et comparer avec d’autres propriétés si nécessaire.
VI. Partie type bac / évaluation — niveau seconde
Situation 1 — Production d’un arôme alimentaire
Un laboratoire veut fabriquer un arôme de fruit. Il réalise une réaction entre un alcool et un acide dans un montage à reflux.
- Définir le mot synthétiser.
- Nommer le type de réaction entre un alcool et un acide.
- Expliquer le rôle du réfrigérant à eau dans le montage à reflux.
- Expliquer pourquoi on utilise un support élévateur.
Correction :
1. Synthétiser, c’est fabriquer une molécule en utilisant une réaction chimique.
2. C’est une estérification.
3. Le réfrigérant refroidit les vapeurs pour les recondenser et éviter les pertes.
4. Le support élévateur permet d’éloigner rapidement le chauffage en cas de problème.
Situation 2 — Enquête au laboratoire : extraction par solvant
Une solution aqueuse contient une espèce colorée X. On ajoute un solvant organique non miscible à l’eau. Après agitation, la phase organique se colore fortement.
- Pourquoi l’espèce X est-elle passée dans le solvant organique ?
- Quel matériel permet de séparer les deux phases ?
- Comment savoir quelle phase est au-dessus ?
Correction :
1. X est plus soluble dans le solvant organique que dans l’eau.
2. On utilise une ampoule à décanter.
3. On compare les densités : le liquide le plus dense est en bas.
Situation 3 — Identification d’un gaz
Un gaz est envoyé dans de l’eau de chaux. On observe un précipité blanc.
- Quel gaz est identifié ?
- Quel est l’indice visuel positif du test ?
- Quel est l’inconvénient général des tests chimiques d’identification ?
Correction :
1. Le gaz identifié est le dioxyde de carbone CO₂.
2. L’indice est l’apparition d’un précipité blanc.
3. Ces tests peuvent être destructifs et il n’existe pas de test pour toutes les espèces.
Situation 4 — Indice de réfraction
Un rayon lumineux passe d’un milieu connu d’indice n₁ = 1,00 vers un liquide inconnu. On mesure i = 45° et r = 32°.
- Écrire la loi de Descartes utilisée.
- Isoler l’indice nx du liquide inconnu.
- Calculer nx.
Correction :
Formule de départ :
On divise par sin r :
nx = (1,00 × sin 45°) / sin 32°
nx ≈ 1,33
On compare ensuite cette valeur à des tables pour identifier le liquide.
📌 Fiche bilan — Synthèse, extraction, identification
Espèce naturelle
Extraite d’une substance naturelle, fabriquée par la nature.
Espèce synthétique
Fabriquée par l’homme. Peut être la copie d’une molécule naturelle.
Espèce artificielle
Fabriquée par l’homme et n’existe pas dans la nature.
Synthétiser
Fabriquer une molécule par réaction chimique.
Estérification
Montage à reflux
Chauffer sans perdre de matière : vapeurs recondensées.
Hydrodistillation
Extraire les substances volatiles : odeurs, arômes, huiles essentielles.
Extraction liquide-liquide
L’espèce passe dans le solvant où elle est le plus soluble.
Densité
Le liquide le plus dense est en bas.
Test d’identification
Changement de couleur ou apparition d’un précipité.
Propriétés physiques
Teb, Tfus, masse volumique, indice de réfraction.
CCM
Séparer et identifier en comparant des taches avec des références.
Carte mentale
Synthèse
Fabriquer une molécule par réaction chimique.
Réflux
Chauffage + refroidissement des vapeurs.
Extraction
Récupérer une espèce d’un mélange.
Hydrodistillation
Substances volatiles : arômes, huiles essentielles.
Extraction par solvant
Solubilité + liquides non miscibles + densité.
Identification
Tests, propriétés physiques, indice de réfraction, CCM.