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TP 16 Solvatation et extraction
Objectifs : Comprendre les mécanismes de solvatation des sels ioniques et mettre en œuvre un protocole expérimental pour
extraire une espèce chimique d’un mélange.
I. La polarité de l’eau
Sur un site internet, on trouve les conseils suivants pour réussir une vinaigrette : « Pour faire une vinaigrette
classique, dissoudre un peu de sel dans une cuillérée à soupe de vinaigre (étape importante car le sel ne se dissout
pas dans l’huile). Ajouter 3 cuillères à soupe d’huile et du poivre. Bien mélanger. »
Le sel de cuisine, dont le nom chimique est chlorure de sodium, est un solide ionique. Le vinaigre est une solution
aqueuse constituée principalement d’eau. Pourquoi le sel se dissout-il dans l’eau mais est-il insoluble dans l’huile ?
1. Étude expérimentale
Vous disposez d’eau distillée, d’une burette graduée, d’un verre à pied, d’une paille et de peau de chat.
a. Remplir une burette d’eau distillée.
b. Régler le robinet de la burette pour faire couler un mince filet d’eau
c. Sans toucher le filet d’eau, approcher une paille en plastiquée électrisée par frottement.
d. Schématiser l’expérience
e. Consigner la direction prise par le filet d’eau au voisinage de la paille : s’approche-t-il ? s’éloigne-t-il ?
2. Exploitation
1. Quel type d’interaction subit la molécule d’eau en présence de la baguette chargée ?
2. Il est possible d’attirer une boule métallique neutre suspendue à un fil avec une baguette chargée : ceci
s’explique par un déplacement d’électrons libres dans le métal. L’eau pure est-elle un bon conducteur d’électricité ?
Y a-t-il des électrons libres dans l’eau ? Par conséquent, l’explication donnée pour la boule métallique peut-elle
s’appliquer aux molécules d’eau ?
3. La molécule d’eau est représentée ci-dessous. Elle est coudée et les deux liaisons O-H sont polarisées. L’atome
d’oxygène est plus électronégatif que l’atome d’hydrogène, c’est-à-dire qu’il attire à lui les électrons de la liaison
covalente :
Recopier et compléter le schéma ci-dessus en faisant apparaître les charges partielles δ+ et δ- nécessaires pour
respecter l’électroneutralité de la molécule. (On peut modéliser la répartition des charges dans la molécule en
considérant que les 2 charges δ+ sont équivalentes à une charge 2δ+.)
4. Le comportement électrique de la molécule d’eau peut être modélisé en considérant uniquement les charges
globales 2δ+ et 2δ-. Dans cette modélisation, les charges excédentaires positives et négatives sont-elles
confondues ? On dit alors que la molécule est polaire.
5. Quelles charges électriques sont attirées par une charge électrique négative ?
6. Comment les molécules d’eau se placent-elles alors en présence de la paille chargée négativement ? Expliquer
comment un filet d’eau peut être également dévié par une tige en verre chargée positivement par électrisation.
7. Les ions sont en général facilement solvatés par l’eau : les cations, ions positifs, et les anions, ions négatifs, vont
être entourés de molécules d’eau dont la disposition obéit aux règles d’attraction ou de répulsion des charges
électriques. Comment les molécules d’eau vont elles se placer autour d’un ion sodium Na+ ? autour d’un ion chlorure
Cl- ? Ces différents ions seront-ils encore en interaction ?
3. Conclusion
Rédiger une conclusion de l’étude en employant entre autres les termes suivants (ou de même famille) : Huile, eau,
charge, dissoudre, électrique, répartition, géométrie, ionique.
II. Extraction d’une espèce chimique d’une solution
À l’issue d’une séance de travaux pratiques, un technicien de laboratoire récupère une solution
aqueuse S résultant d’un mélange d’une solution bleue de sulfate de cuivre II et d’une solution rouge
de rouge de méthyle. Ces deux espèces ne subissant pas les mêmes réactions pour leur recyclage, on peut les
séparer avant de les expédier au centre de traitement des déchets.
Problématique : L’extraction d’une espèce chimique d’une solution dépend, entre autres, de la nature du
solvant et de la structure de l’espèce chimique à extraire. Comment extraire une espèce chimique d’une
solution ?
Matériel : Solution S (mélange de sulfate de cuivre II et de rouge de méthyle), eau distillée, éthanol, cyclohexane,
ampoule à décanter, béchers.
Document 1 : Solubilité entre elles de différentes espèces chimiques
Sulfate de cuivre II Rouge de méthyle
Eau
Cyclohexane
Éthanol
Dans l’eau
Très grande
Faible
Nulle
Très grande
Dans le cyclohexane
Nulle
Grande
Nulle
Très grande
Dans l’éthanol
Faible
Grande
Très grande Très grande
Document 2 : Densité des solutions étudiées
Solution S : 1,02
eau : 1,00
éthanol : 0,78
cyclohexane : 0,79
Document 3 : Modèles moléculaires du cyclohexane C6H12 et de l’éthanol C2H6O
Document 4 : Électronégativité de quelques atomes
H : 2,2
C : 2,5
O : 3,5
S’approprier
1. À l’aide des données fournies, rédiger un protocole expérimental détaillé, assorti de schémas légendés,
permettant d’obtenir à partir de la solution S, deux solutions : l’une ne contenant quasiment que du sulfate
de cuivre II, l’autre ne contenant quasiment que du rouge de méthyle. Faire valider.
Réaliser
2. Réaliser le protocole en veillant au respect des règles de manipulation et de sécurité.
Analyser
3. À partir des données, justifier que l’éthanol est une molécule polaire tandis que le cyclohexane est une
molécule apolaire.
4. Expliquer pourquoi l’eau et l’éthanol sont totalement miscibles, c’est-à-dire solubles l’un dans l’autre en
toutes proportions.
5. Le rouge de méthyle, peu polaire, est soluble dans le cyclohexane. Quelle hypothèse peut-on formuler
en termes de solubilité et de polarité ?
6. Le sulfate de cuivre est un solide ionique. Comment expliquer sa grande solubilité dans l’eau et son
insolubilité dans le cyclohexane ?
7. Justifier le choix du solvant pour l’extraction du rouge de méthyle (3 arguments).
Communiquer
8. Rédiger la conclusion de l’étude en termes d’extraction et de solubilité.