Savons amphiphiles : exercices de sciences physiques en première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

1. Définis les mots hydrophile, lipophile et amphiphile.
2. Quelle réaction permet de fabriquer un savon ? Avec quels réactifs ?
3. Que signifie « chauffer à reflux » ? Quel est l’intérêt de ce montage ?
4. Qu’appelle-t-on relargage ?

Justifie chaque réponse.

a. L’huile est soluble dans l’eau car les deux sont des liquides.
b. Un savon est un mélange de carboxylates de sodium ou de potassium.
c. La partie hydrophile d’un savon est sa chaîne carbonée.
d. Le rendement d’une synthèse peut dépasser 100 %.
e. Une micelle a sa partie lipophile au centre.
f. Le glycérol est un produit de la saponification.

Document : ion palmitate, C₁₅H₃₁COO⁻.

1. Quelle zone est hydrophile ? Laquelle est lipophile ?
2. Combien d’atomes de carbone contient cet ion ?
3. Pourquoi cet ion est-il qualifié d’amphiphile ?
4. Écris la formule du savon correspondant si le contre-ion est Na⁺.

1. Calcule la masse molaire du stéarate de sodium C₁₇H₃₅COONa.
2. Calcule celle de l’oléate de sodium C₁₇H₃₃COONa.
3. Quelle quantité de matière représente 15,3 g de stéarate de sodium ?

Pour chaque espèce, indique si elle est plutôt soluble dans l’eau ou dans l’huile, et justifie par sa structure : chlorure de sodium, éthanol (CH₃CH₂OH), cyclohexane (C₆H₁₂), saccharose (nombreux groupes –OH), un hydrocarbure à 16 atomes de carbone.

On prépare quatre tubes contenant chacun 5 mL d’eau et 1 mL d’huile. Dans les tubes 3 et 4, on ajoute en plus quelques gouttes de liquide vaisselle. Tous sont agités vigoureusement, puis laissés au repos 10 minutes.

1. Pourquoi l’huile surnage-t-elle dans les tubes 1 et 2 ?
2. Que contiennent les tubes 3 et 4 ? Comment appelle-t-on ce mélange ?
3. Explique le rôle du liquide vaisselle à l’échelle des molécules.
4. Quel est l’intérêt des tubes 1 et 2 dans l’expérience ?

La palmitine est le triglycéride C₅₁H₉₈O₆ ; l’acide gras associé donne l’ion palmitate C₁₅H₃₁COO⁻.

1. Écris l’équation de la saponification de la palmitine par la soude.
2. Vérifie la conservation des éléments C, H et O.
3. Combien de moles d’ions hydroxyde sont nécessaires pour 2,0 mol de palmitine ?

On souhaite saponifier m = 20,0 g de trioléine (C₅₇H₁₀₄O₆, M = 884 g·mol⁻¹) avec un excès de soude.

1. Calcule la quantité de matière de trioléine.
2. Quelle quantité minimale d’ions hydroxyde est nécessaire ?
3. Calcule la masse minimale de soude solide NaOH (M = 40,0 g·mol⁻¹).

Même synthèse qu’à l’exercice 8 : 20,0 g de trioléine, soude en excès, M(oléate de sodium) = 304 g·mol⁻¹. On recueille, après filtration et séchage, 15,5 g de savon.

1. Calcule la quantité maximale de savon.
2. Calcule la masse maximale correspondante.
3. Détermine le rendement.
4. Cite deux causes possibles d’un rendement inférieur à 100 %.

Une série de synthèses identiques est réalisée avec des durées de chauffage à reflux différentes. Le graphique donne le rendement en fonction de la durée.

1. Quel est le rendement après 10 min de chauffage ?
2. Au bout de quelle durée environ atteint-on 50 % ?
3. Décris l’évolution du rendement au-delà de 20 min et propose une interprétation.
4. Quelle durée de chauffage conseilles-tu ? Justifie.

On réalise cinq synthèses avec des masses d’huile différentes (trioléine, M = 884 g·mol⁻¹) ; la durée de chauffage est identique. Le graphique donne la masse de savon (oléate de sodium, M = 304 g·mol⁻¹) obtenue.

1. Que peut-on dire de m’ et de m ? Justifie par la forme du graphique.
2. Détermine le coefficient directeur de la droite.
3. Calcule le rapport théorique m’_max ÷ m, puis le rendement de la synthèse.
4. Prévois la masse de savon obtenue avec 7,0 g d’huile.

À la fin d’une saponification, le mélange réactionnel est versé dans une solution saturée de chlorure de sodium.

1. Nomme l’opération réalisée.
2. Quels ions la solution salée apporte-t-elle en grande quantité ?
3. Explique pourquoi le savon devient solide.
4. Pourquoi rince-t-on ensuite le solide à l’eau glacée ?

Le schéma représente une micelle dans l’eau.

1. Que représentent les sphères repérées 1 ? Dans quel milieu sont-elles tournées ?
2. Que contient la zone 2 s’il s’agit d’une tache de graisse ?
3. Pourquoi les micelles ne se regroupent-elles pas entre elles ?
4. Dessine ce qui se passerait avec de l’huile sans savon.

Une eau contient des ions calcium Ca²⁺ à la concentration c = 2,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹. On y dissout du stéarate de sodium (M = 306 g·mol⁻¹) ; il se forme un précipité de stéarate de calcium (C₁₇H₃₅COO)₂Ca.

1. Écris l’équation de précipitation.
2. Quelle quantité d’ions stéarate est consommée par 1,0 L de cette eau ?
3. Quelle masse de stéarate de sodium cela représente-t-il ?
4. Pourquoi lave-t-on moins bien en eau dure ?

Chaque phrase contient une erreur. Recopie-la en la corrigeant.

a. Un savon est un ester obtenu en chauffant un acide gras avec du glycérol.
b. La queue d’un ion carboxylate est hydrophile.
c. Le rendement se calcule en divisant la masse maximale par la masse obtenue.
d. Dans une micelle, les têtes sont au centre.
e. La saponification produit du glycérol et de l’acide chlorhydrique.

Les détergents synthétiques ont souvent une tête sulfonate –SO₃⁻ et une chaîne de 12 atomes de carbone. Le dodécylsulfate de sodium a pour formule C₁₂H₂₅OSO₃Na.

1. Repère la partie hydrophile et la partie lipophile.
2. Explique pourquoi cette espèce est amphiphile.
3. Le sulfate de calcium correspondant est assez soluble : quel avantage en eau dure ?
4. Calcule la masse molaire de C₁₂H₂₅OSO₃Na (S : 32,1 g·mol⁻¹).

On prépare V = 250 mL d’une solution contenant 5,0 g·L⁻¹ de stéarate de sodium (M = 306 g·mol⁻¹).

1. Calcule la concentration en quantité de matière c.
2. Calcule la masse de savon à peser.
3. Quelle quantité de matière d’ions stéarate la solution contient-elle ?

Pour fabriquer un savon, on souhaite saponifier 500 g d’huile d’olive assimilée à de la trioléine (M = 884 g·mol⁻¹) avec de la soude en quantité stœchiométrique. Données : M(NaOH) = 40,0 g·mol⁻¹ ; M(oléate de sodium) = 304 g·mol⁻¹.

1. Calcule la quantité de matière d’huile.
2. Calcule la masse de soude nécessaire.
3. Calcule la masse maximale de savon.
4. Le savon est vendu avec un taux de rendement réel de 90 % : quelle masse obtient-on ?

Explique, en un paragraphe d’une dizaine de lignes, pourquoi on utilise un savon pour éliminer une tache de graisse sur un tissu alors que l’eau seule est inefficace. Utilise les mots : amphiphile, hydrophile, lipophile, micelle, émulsion.

Un élève veut comparer deux produits lavants A et B. Il dispose d’eau distillée, d’eau très calcaire, d’huile alimentaire colorée, de tubes à essai gradués, d’un chronomètre et d’une règle.

Propose un protocole permettant de comparer (1) le pouvoir moussant et (2) la capacité à émulsionner l’huile, dans les deux types d’eau. Précise les grandeurs mesurées, les paramètres à garder constants et la façon de présenter les résultats.