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Physique-Chimie 1re

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33
HISTOIRE DES SCIENCES

La calcite

RAI/ANA : Faire le lien entre le modèle microscopique et les grandeurs macroscopiques

C’est après avoir fait tomber au sol un morceau de calcite, et intrigué par la régularité de la fracture, que René Just Haüy (1743-1822) se lance dans l’observation et l’étude des cristaux. Ses études le conduisent à conclure que les cristaux sont des composés organisés et il introduit alors la notion de molécule intégrante remplacée plus tard par le terme de maille cristalline.
La calcite pure est un solide ionique translucide et blanchâtre constitué d’ions calcium Ca2+\text{Ca}^{2+}et d’ions carbonate CO32\text{CO}_{3}^{2-}. Lorsque les eaux de pluie s’écoulent et ruissellent sur les sols riches en calcite, la calcite se dissout dans l'eau qui s'enrichit alors en ions calcium.

Calcite - Histoire des sciences

1. Quelles sont les interactions à l’origine de la cohésion de la calcite ?


2. Écrire l’équation de dissolution de la calcite dans l’eau.


3. Calculer la concentration maximale, exprimée en g·L-1, des ions calcium Ca\text{Ca}2+ et carbonate CO32\text{CO}_{3}^{2-} dans un litre d’eau douce.


Données
  • Solubilité de la calcite : s=s = 50 ppm environ à 20 °C ;
  • Masse volumique de la solution : ρ= \rho = 1,0 g·cm‑3.

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32
PROPOSITION DE PROTOCOLE

La distillation fractionnée

RAI/ANA : Justifier un protocole

La distillation fractionnée permet de séparer les constituants d’un mélange homogène liquide. Le mélange est introduit dans un ballon, puis chauffé. Lorsque le mélange commence à bouillir, les vapeurs du mélange s’élèvent et circulent dans une colonne de Vigreux. Une partie des vapeurs se liquéfient et retombent dans le ballon. Le liquide le plus volatil s’échappe, puis est liquéfié lorsqu’il rencontre les parois froides du réfrigérant à eau. Il est récupéré dans une éprouvette graduée. Pendant la distillation de ce liquide, la température, mesurée en tête de colonne, est constante. Une fois cette séparation terminée, la température chute brièvement, puis augmente à nouveau, jusqu’à atteindre la température d’ébullition de l’autre liquide.

La distillation fractionnée

On souhaite séparer un mélange constitué de 25 mL d’eau et 10 mL d’acétone.

1. Reproduire et légender le schéma de la distillation fractionnée.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Quelles sont les interactions intermoléculaires (entre molécules) et intramoléculaires (au sein des molécules) dans l’eau puis dans l’acétone ? Ces interactions au niveau microscopique permettent-elles d’expliquer la différence de température d’ébullition de l’eau et de l’acétone ?

3. Quel est le premier liquide recueilli dans l’éprouvette graduée ? Quelle est la température indiquée par le thermomètre pendant la première partie de la distillation ?


4. Pourquoi est-il plus difficile de séparer l’eau et l’éthanol par distillation ?

Données
Température d’ébullition de :
  • l’eau : θeˊb=\theta_{\text{éb}}= 100 °C ;
  • l'acétone : θeˊb=\theta_\text{{éb}}= 56 °C ;
  • l’éthanol : θeˊb=\theta_{\text{éb}} = 78 °C.

  • Acétone

  • l'acétone : θeˊb=\theta_{\text{éb}}= 56 °C ;
Acétone

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30
PROPOSITION DE PROTOCOLE

Mayonnaise maison

COM : Compte rendu écrit avec un vocabulaire rigoureux

La lécithine est un émulsifiant présent notamment dans le jaune d’œuf. C’est une protéine qui possède une partie hydrophile et une partie hydrophobe : c’est donc une molécule amphiphile ou tensioactif. Cette expérience permet de montrer le rôle de la lécithine dans l’élaboration d’une mayonnaise.

Mayonnaise

Première étape :
Dans un tube à essai, introduire 2 mL d’eau distillée et 2 mL d’huile de tournesol. Boucher, agiter, et attendre quelques minutes.

première étape expérience lécithine mayonnaise

Deuxième étape :
Dans le tube à essai, ajouter à l’aide d’une pipette simple quelques gouttes de jaune d’œuf. Boucher, agiter, et attendre quelques minutes.

deuxième étape expérience lécithine mayonnaise

1. Quelle information peut-on tirer de l’expérience réalisée à la première étape ?


2. En étudiant les résultats de la deuxième étape, quelle modification est apportée par l’ajout du tensioactif ?

3. Une vinaigrette est constituée d’un mélange d’huile et de vinaigre (eau + acide acétique dissous). La vinaigrette est-elle stable ? Justifier.

4. Pourquoi une mayonnaise avec du jaune d’œuf est-elle plus stable ?


34
DÉCONSTRUIRE LES IDÉES FAUSSES

Sucré salé

RAI/ANA : Justifier un protocole

Le sucre et le sel sont deux solides blancs aux propriétés physiques bien différentes. Le sel est un solide ionique, constitué d’ions sodium Na+\mathrm{Na}^{+} et chlorure Cl\mathrm{Cl}^{-} organisés dans un cristal cubique face centrée. Le sucre est un solide moléculaire, constitué de molécules de saccharose de formule C12H22O11.\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}.

1. Les interactions à l’origine de la cohésion du sel et du sucre sont-elles de même nature ?

2. Comment expliquer la très grande différence de température de fusion entre ces deux corps ?

Données

    Température de fusion :
  • Sel : θf=\theta_{\text{f}}= 801 °C ;
  • Saccharose : θf= \theta_{\text{f}} = 185,5 °C.

INFO :

Une solubilité de 1 ppm (partie par million) signifie que la solubilité est de 1 g dans 1 000 000 g de solution.

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31
Huile essentielle de cannelle

COM : Compte rendu écrit avec un vocabulaire rigoureux

L’huile essentielle (HE) de cannelle est extraite des écorces de cannelier par hydrodistillation. Elle est utilisée, par exemple, pour lutter contre la fatigue et les problèmes intestinaux. Elle contient notamment de l’aldéhyde cinnamique.
On réalise au laboratoire l’hydrodistillation d’un mélange contenant 400 mL d’eau et 200 g d’écorce de cannelier.
Cannelle

1. On recueille 100 mL de distillat. On ajoute 10 g de sel et on agite. Quel est le rôle du sel ?


2. Le mélange est placé dans une ampoule à décanter. Représenter l’ampoule à décanter et préciser la composition et la position des phases.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


3. On recueille 10 mL d’huile essentielle. Calculer la masse d’huile essentielle obtenue.


4. Pour vérifier que l’huile essentielle contient bien de l’aldéhyde cinnamique, on réalise une chromatographie sur couche mince. La CCM est reproduite ci-dessous. Son analyse permet-elle d’établir que l’huile essentielle contient de l’aldéhyde cinnamique ?

CCM
HE : dépôt d’huile essentielle ; AC : aldéhyde cinnamique du commerce.



5. On souhaite extraire l’aldéhyde cinnamique de l’huile essentielle. Proposer un protocole détaillé.

Données
Densités de quelques liquides :
  • dhe=d_{\mathrm{he}}= 1,06 ;
  • deau=d_{\text {eau}}= 1,00 ;
  • deˊthanol=d_{\text {éthanol}}= 0,79 ;
  • dchloroforme=d_{\text {chloroforme}}= 1,49.

Tableau de miscibilité
Espèce chimique
Eau
Éthanol
Chloroforme
Eau /
Oui
Non
Éthanol
Oui
/
Oui
Chloroforme
Non
Oui
/

INFO :

Une huile essentielle est très peu soluble dans l’eau salée. L’aldéhyde cinnamique est peu soluble dans l’eau, mais très soluble dans l’éthanol, l’éther et le chloroforme.
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