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Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces

Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques. Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques © Nathan 2010 1 Chapitre 1 Extraction et séparation d’espèces chimiques Manuel pages 12 à 27 Choix pédagogiques. Les activités de ce chapitre ont pour objectif d’illustrer les points suivants du programme: - comprendre le rôle de la chimie de synthèse (activité 1) ; - élaborer et mettre en œuvre un protocole d’extraction à partir d’informations sur les propriétés physiques des espèces chimiques recherchées (activité 2) ; - utiliser une ampoule à décanter (activité 3), un dispositif de filtration, un appareil de chauffage dans les conditions de sécurité (activité 4). Toutes les caractéristiques physiques du programme ne sont pas introduites dans ce chapitre : seules la solubilité, la masse volumique et la densité sont présentées. Les autres (chromatographie sur couche mince, températures de changement d’état) seront abordées dans le chapitre suivant. Double page d’ouverture Pharmacie traditionnelle en Iran La description de la photo doit permettre aux élèves d’évoquer la préparation des médicaments. Les préparations demandées par les clients sont réalisées en mélangeant plusieurs substances provenant des différents flacons. L’objectif de la question est de faire la différence entre un corps pur et un mélange et d’en donner une définition. Cette notion a déjà été vue au collège (en 5e). Pour aider les élèves, le professeur peut en plus leur fournir quelques notices de médicaments. Thermomètre de Galilée Cette photo permet d’observer que les capsules montent ou descendent en fonction des variations de température (la coloration est purement esthétique). L’objectif de la question est d’introduire le terme de densité caractéristique d’une espèce chimique, et de montrer que cette densité dépend de la température. Le liquide incolore contenu dans le cylindre a une densité qui varie considérablement avec les changements de température. Une fois les ampoules scellées, leur densité est ajustée avec une plaque en métal indiquant la température. La température est à lire sur la capsule inférieure du groupe de capsules situées en haut du thermomètre. À ce stade, les élèves n’ont pas de notion sur la poussée d’Archimède, mais cette notion peut par exemple être abordée en évoquant la plus ou moins grande flottabilité des corps dans la mer ou dans les lacs non salés. Pavot L’objectif de cette photo est de faire discuter les élèves sur les vertus médicinales de certaines plantes. La question doit amener les élèves à dire que la plante n’est pas ingérée directement, mais que l’on effectue préalablement une extraction. Remarque : le pavot contient de la papavérine qui a une activité antispasmodique. Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques. Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques © Nathan 2010 2 Découvrir et réfléchir Activité documentaire 1 : La nature inspire les hommes Commentaire. Cette activité permet de prolonger la discussion engagée grâce à la troisième photographie de la page d’accueil. Elle invite aussi à une recherche documentaire. Réponses 1. Exploiter le document a. b. Ces produits étaient prélevés dans la nature à des fins thérapeutiques (reine-des-prés), culinaires (gousses de vanille) ou esthétiques (cachalot, lapis-lazuli). 2. Interpréter a. La reine-des-prés était broyée et mélangée à un liquide (extraction). b. Le chimiste a isolé et identifié l’espèce chimique qui permettait de soulager le malade. Il l’a ensuite copiée et parfois améliorée (synthèse). 3. Conclure Les deux verbes qui résument cette activité sont extraire et synthétiser. Produit naturel Espèce chimique Produit fabriqué  Lapis-lazuli II Lazurite b b b Parchemin  Reine-des-prés III Acide salicylique c c c Synthol  Gousses de vanille IV Vanilline a a a Glace  Cachalot I Ambre d d d Parfum Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques. Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques © Nathan 2010 3 Activité expérimentale 2 : Caractéristique physique Commentaires. Pour des raisons de sécurité, les deux liquides mis à la disposition des élèves sont l’eau et l’éthanol. La verrerie disponible doit faire intervenir de faibles volumes. Réponses 1. Formuler des hypothèses Les élèves devraient d’abord identifier l’eau car, d’après les données, les deux autres liquides manipulés pendant la séance ont une odeur caractéristique. Ensuite, seule la donnée de la masse volumique permet de différencier l’éthanol du dichlorométhane. Ils doivent proposer un protocole pour déterminer une masse volumique (ce qui nécessite de connaître la définition de la masse volumique). Il est important que l’élève rédige son protocole. Protocole - Mettre l’éprouvette graduée sur la balance et réaliser la tare. - Introduire dans l’éprouvette un volume V du liquide choisi. - Noter la masse m correspondante. 2. Expérimenter pour conclure a. Étapes de l’expérience à réaliser : - choisir la verrerie adéquate pour prélever un volume donné ; - utiliser une balance, réaliser une tare ; - faire un calcul avec le bon nombre de chiffres significatifs ; - identifier le liquide. b. Les élèves peuvent s’interroger sur le choix du volume initial et sur la précision de la mesure. Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques. Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques © Nathan 2010 4 Activité expérimentale 3 : Extraction du diiode Commentaire. Selon le temps dont on dispose pour réaliser cette activité expérimentale, on peut réaliser ou non les deux premières manipulations : ajout d’eau dans deux tubes à essais, l’un contenant de l’éthanol, l’autre du cyclohexane. Liste du matériel : tube à essais, pipettes, ampoule à décanter, bécher, éprouvette graduée. Liste des solutions : eau, éthanol, cyclohexane, solution de diiode. Réponses 1. Observer avant d’expérimenter Dans le premier tube à essais, on observe une phase, dans le second on observe deux phases. 2. Interpréter a. L’eau est miscible avec l’éthanol et n’est pas miscible avec le cyclohexane. b. Le liquide dont la densité est la plus grande constitue la phase inférieure : l’eau a une densité plus grande que le cyclohexane, elle est donc dans la partie inférieure du tube à essais. Pour confirmer ce résultat, on ajoute de l’eau et on regarde quelle phase augmente de volume. 3. Interpréter Avant agitation, la phase inférieure est orange, elle contient l’eau et le diiode (elle est qualifiée d’aqueuse). La phase supérieure est incolore, elle contient le cyclohexane (elle est qualifiée d’organique). (La position respective des deux phases a été vue à la question 2.). Après agitation, la phase inférieure est orange claire, voire incolore, elle contient de l’eau et un peu de diiode. La phase supérieure est rose, elle contient le cyclohexane et le diiode. 4. Conclure Un solvant extracteur ne doit pas être miscible avec le solvant initial, et l’espèce à extraire doit être plus soluble dans le solvant extracteur que dans le solvant initial. Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques. Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques © Nathan 2010 5 Activité expérimentale 4 : Extraction d’un acide gras Données supplémentaires : la trimyristine est soluble à chaud dans l’acétone et insoluble à froid. L’identification de la trimyristine peut être faite dans un TP ultérieur ; la température de fusion est 56-57 °C. Liste du matériel : élévateur, chauffe-ballon, ballon, réfrigérant à eau, balance, verre de montre, éprouvette graduée, système de filtration, système pour évaporer le solvant, cristallisoir. Liste des solides et solutions : noix de muscade, dichlorométhane, acétone. 1. Comprendre un protocole a. L’expérimentateur doit manipuler avec une blouse, des gants, des lunettes et sous la hotte. b. On chauffe pour favoriser et accélérer l’extraction. c. « Porter le mélange à reflux pendant 10 min. » d. La trimyristine est plus soluble dans le dichlorométhane que dans l’eau. e. « Filtrer la solution encore chaude dans un erlenmeyer. » f. Après évaporation du dichlorométhane, on obtient la trimyristine. 2. Conclure Le produit initial est solide. On utilise, pour extraire la trimyristine, un liquide, le dichlorométhane : c’est donc une extraction solide-liquide. Sirius 2de - Livre du professeur Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques. Chapitre 1. Extraction et séparation d’espèces chimiques © Nathan 2010 6 Exercices Exercices d’application  5 minutes chrono ! 1. Mots manquants a. corps pur ; mélange b. naturelle ; synthétique c. masse volumique d. filtration e. ampoule à décanter 2. QCM a. Fabriquée par l’homme. b. Un mélange. c. m V . d. 1,0 × 104 kg. e. La densité n’a pas d’unité. f. Constitue la phase inférieure. g. Être moins soluble dans le solvant initial que dans le solvant extracteur.  Mobiliser ses connaissances Espèces chimiques, corps purs et mélanges (§1 du cours) 3. Un corps pur est constitué d’une espèce chimique. Corps purs : vitamine C ; dioxygène ; fer. Un mélange est constitué d’au moins deux espèces chimiques. Mélanges : eau minérale ; jus d’orange ; air ; acier. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4. Corrigé dans le manuel. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5. a. La crème est constituée de plusieurs espèces chimiques : c’est un mélange. b. Exemples d’espèces chimiques présentes dans la crème : eau ; alcool cétylique ; alcool stéarylique. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Caractéristiques physiques d’une espèce chimique (§2 du cours) 6. uploads/Finance/ nathan-physique-chim-i-e-2-nd.pdf