Extraction-séparation et identification des espèces chimiques-Cours
🧪 EXTRACTION & SÉPARATION
des espèces chimiques – Tronc Commun Sciences
Extraction d’espèces chimiques
1) Historique
Depuis l’Antiquité, l’Homme utilise les végétaux pour extraire des colorants, des parfums et des médicaments, grâce à des méthodes traditionnelles.
🔸 L’expression (pressage)
Consiste à « faire sortir » un produit en exerçant une pression.
Exemple : pressage d’olive pour obtenir de l’huile.
🔸 La décantation (solide/liquide ou liquide/liquide)
On sépare des espèces chimiques non miscibles, de densités différentes.
Exemple : eau boueuse et liquides non miscibles.
🔸 La filtration
On sépare les constituants d’un mélange solide-liquide.
🔸 Décoction
On place les plantes dans de l’eau froide, puis on porte à ébullition : les constituants se dissolvent dans l’eau. Méthode très ancienne.
2) L’extraction par solvant
2-1 Principe
L’extraction liquide-liquide permet d’extraire une espèce chimique dissoute dans un solvant à l’aide d’un autre solvant, appelé solvant extracteur.
2-2 Choix du solvant extracteur
- ▪ Le solvant extracteur doit être non miscible avec l’eau.
- ▪ L’espèce à extraire doit être plus soluble dans le solvant extracteur que dans l’eau.
- ▪ La séparation se fait dans une ampoule à décanter.
2-3 Extraction du diiode (I₂)
- Introduire le mélange (solution aqueuse d’iodure de potassium + diiode) dans l’ampoule à décanter.
- Ajouter le solvant (heptane), agiter, laisser décanter et dégazer.
- Observer deux phases :
→ phase inférieure : pratiquement décolorée (eau).
→ phase supérieure : coloration violette (diiode dans l’heptane). - Récupérer le diiode et le solvant. Après évaporation du solvant, on recueille le diiode solide.
3) Extraction par hydrodistillation
Extraction de l’huile essentielle de lavande : dans un ballon, on introduit \( 10 \, \mathrm{g} \) de fleurs de lavande et \( 100 \, \mathrm{mL} \) d’eau distillée. On chauffe à ébullition pendant environ \( 30 \, \mathrm{min} \) jusqu’à obtenir \( 70 \, \mathrm{mL} \) de distillat.
Le distillat ne permet pas la récupération de l’huile essentielle par simple décantation. On l’extrait à l’aide d’un solvant organique : le cyclohexane.
- ▪ Dans une ampoule à décanter, placer le distillat, ajouter \( 3 \, \mathrm{g} \) de chlorure de sodium et \( 10 \, \mathrm{mL} \) de cyclohexane.
- ▪ Agiter, laisser reposer.
- ▪ Recueillir la phase organique dans un bécher.
Solubilité de l’acétate de linalyle
| Caractéristique | Eau | Eau salée | Cyclohexane | Acétate de linalyle |
|---|---|---|---|---|
| Densité | 1 | 1,1 | 0,78 | 0,89 |
| Solubilité dans l’eau | — | — | nulle | faible |
| Solubilité dans l’eau salée | — | — | nulle | très faible |
| Solubilité dans le cyclohexane | nulle | nulle | — | très faible |
La chromatographie
1) Chromatographie sur couche mince (C.C.M)
Cette technique permet de séparer et identifier des espèces chimiques présentes dans un mélange.
- ▪ Phase fixe : mince couche de gel de silice sur une plaque d’aluminium ou de plastique.
- ▪ Phase mobile (éluant) : solvant dans lequel les constituants du mélange sont plus ou moins solubles.
- ▪ L’éluant migre le long de la phase fixe en entraînant les constituants du mélange qui se déplacent à des vitesses différentes.
- ▪ Une espèce très soluble dans l’éluant migre beaucoup plus vite qu’une substance peu soluble.
- ▪ Des espèces identiques migrent à des hauteurs identiques sur une même plaque.
2) Révélation du chromatogramme
Pour les composés colorés, le chromatogramme est directement exploitable.
Pour les composés incolores, il faut faire apparaître les taches : c’est l’étape de révélation (lampe à UV ou cristaux d’iode).
3) Exploitation du chromatogramme
Rapport frontal \( R_f \) :
\( R_f = \dfrac{h}{H} \)
- ▪ \( h \) : distance parcourue par la tâche depuis la ligne de dépôt.
- ▪ \( H \) : distance parcourue par l’éluant (ligne de dépôt → front de l’éluant).
- ▪ Si le corps étudié ne présente qu’une seule tâche, on dit qu’il est pur.
- ▪ En comparant les \( R_f \) avec ceux de corps de référence, on peut déterminer la composition de l’échantillon.
Caractéristiques physiques d’une espèce chimique
4-1 Températures de changement d’état
- 💨 Température d’ébullition : température à laquelle s’effectue le passage de l’état liquide à l’état gazeux.
- 🧊 Température de fusion : température à laquelle s’effectue le passage de l’état solide à l’état liquide.
4-2 Densité
La densité \( d \) d’un corps solide ou liquide par rapport à l’eau est le rapport de la masse d’un certain volume du corps par la masse du même volume d’eau.
\( d = \dfrac{m_s}{m_e} = \dfrac{\rho}{\rho_e} \)
- ▪ \( \rho \) : masse volumique du corps.
- ▪ \( \rho_e \) : masse volumique de l’eau.
- ▪ Grandeur sans unité.
4-3 Solubilité
La solubilité exprime la masse maximale d’une substance que l’on peut dissoudre dans un litre d’un solvant donné. Elle s’exprime en général en \( \mathrm{g/L} \).
📌 Synthèse – Extraction & séparation
• Méthodes anciennes : expression, décantation, filtration, décoction.
• Extraction par solvant : solvant non miscible à l’eau, espèce plus soluble dans le solvant extracteur.
• Hydrodistillation : entraînement à la vapeur + extraction au cyclohexane.
• Chromatographie (C.C.M) : phase fixe + phase mobile, rapport frontal \( R_f = h/H \).
• Caractéristiques : températures de changement d’état, densité \( d = \rho/\rho_e \), solubilité.
L’identification d’une espèce repose sur ses propriétés physiques et chimiques.
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