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

1. Hydrophile : soluble dans l’eau ; lipophile : soluble dans les graisses et solvants organiques ; amphiphile : possède une partie hydrophile et une partie lipophile.
2. La saponification : un triglycéride (huile, graisse) réagit avec une solution d’hydroxyde de sodium.
3. On chauffe le mélange et les vapeurs sont condensées par un réfrigérant puis retombent dans le ballon : on chauffe sans perdre de matière et on accélère la réaction.
4. Le relargage est la précipitation du savon dans une solution saturée de chlorure de sodium.

a. Faux : l’huile, apolaire, n’est pas miscible à l’eau, polaire.
b. Vrai.
c. Faux : la chaîne carbonée est lipophile ; la tête carboxylate est hydrophile.
d. Faux : on ne peut pas obtenir plus que la quantité maximale, η ≤ 1.
e. Vrai : les queues lipophiles sont au centre, les têtes à l’extérieur.
f. Vrai : le glycérol C₃H₈O₃ est le second produit.

1. Zone B (COO⁻) : hydrophile ; zone A (chaîne) : lipophile.
2. 15 carbones dans la chaîne + 1 dans COO⁻ = 16 atomes de carbone.
3. Il possède une partie hydrophile et une partie lipophile.
4. C₁₅H₃₁COONa (palmitate de sodium).

1. C₁₈H₃₅O₂Na : M = 18 × 12,0 + 35 × 1,0 + 2 × 16,0 + 23,0 = 216,0 + 35,0 + 32,0 + 23,0 = 306,0 g·mol⁻¹.
2. C₁₈H₃₃O₂Na : M = 216,0 + 33,0 + 32,0 + 23,0 = 304,0 g·mol⁻¹.
3. n = m ÷ M = 15,3 ÷ 306 = 0,0500 mol.

Chlorure de sodium : hydrophile (ionique, ions solvatés par l’eau). Éthanol : soluble dans l’eau (groupe –OH, liaisons hydrogène) et aussi dans l’huile grâce à sa partie éthyle, donc surtout hydrophile mais amphiphile faible. Cyclohexane : lipophile (apolaire). Saccharose : hydrophile (nombreux –OH, liaisons hydrogène). Hydrocarbure en C₁₆ : lipophile, hydrophobe.

1. L’huile est moins dense que l’eau et non miscible : elle forme une couche au-dessus.
2. Un mélange trouble et homogène : une émulsion de fines gouttelettes d’huile dans l’eau.
3. Les molécules amphiphiles entourent les gouttelettes, queues vers l’huile et têtes vers l’eau ; les gouttelettes chargées se repoussent et ne coalescent pas.
4. Les tubes 1 et 2 sont les témoins : ils montrent que sans amphiphile, l’émulsion n’est pas stable.

1. C₅₁H₉₈O₆ + 3 (Na⁺ + HO⁻) → C₃H₈O₃ + 3 (C₁₅H₃₁COO⁻ + Na⁺)
2. C : 51 = 3 + 3 × 16 = 51. H : 98 + 3 = 101 ; 8 + 3 × 31 = 101. O : 6 + 3 = 9 ; 3 + 3 × 2 = 9. Conservation vérifiée.
3. 3 mol d’ions HO⁻ par mole de palmitine : 6,0 mol.

1. n = 20,0 ÷ 884 = 2,26 × 10⁻² mol.
2. n(HO⁻) = 3 × 2,262 × 10⁻² = 6,79 × 10⁻² mol.
3. m = n × M = 6,787 × 10⁻² × 40,0 = 2,71 g.

1. n_max = 3 × 2,262 × 10⁻² = 6,79 × 10⁻² mol (la soude est en excès, la trioléine est le réactif limitant).
2. m_max = 6,787 × 10⁻² × 304 = 20,6 g.
3. η = 15,5 ÷ 20,6 = 0,752, soit 75 %.
4. Pertes lors du transfert et de la filtration ; réaction incomplète ; savon resté dissous malgré le relargage ; impuretés éliminées au rinçage.

1. À 10 min : η ≈ 41 %.
2. Entre 10 min (41 %) et 20 min (70 %), la pente vaut environ 2,9 % par minute : 50 % est atteint vers 10 + 9 ÷ 2,9 ≈ 13 min.
3. Au-delà de 20 min, le rendement stagne vers 70 % : la réaction est terminée ou très ralentie ; chauffer plus longtemps n’apporte rien.
4. 20 minutes : on atteint le palier sans gaspiller d’énergie ni de temps.

1. Les points sont alignés sur une droite passant par l’origine : m’ est proportionnelle à m.
2. Coefficient directeur : 7,2 ÷ 10 = 0,72 (sans unité, g de savon par g d’huile).
3. Rapport théorique : 3 × 304 ÷ 884 = 912 ÷ 884 = 1,03. η = 0,72 ÷ 1,03 = 0,70 soit 70 %.
4. m’ = 0,72 × 7,0 = 5,0 g.

1. Le relargage.
2. Des ions sodium Na⁺ et chlorure Cl⁻.
3. La forte concentration en ions Na⁺ déplace l’équilibre de dissolution du savon vers le solide : sa solubilité diminue, il précipite.
4. Le savon est un peu soluble dans l’eau pure ; l’eau glacée limite la perte de produit.

1. Les têtes hydrophiles des ions carboxylate, tournées vers l’eau, à l’extérieur.
2. La graisse (lipophile), piégée entre les queues.
3. Les têtes sont toutes chargées négativement : les micelles se repoussent par interaction électrostatique.
4. Sans savon, l’huile formerait de grosses gouttes qui se rejoignent et remontent en surface : deux phases séparées.

1. Ca²⁺ + 2 C₁₇H₃₅COO⁻ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ca (solide).
2. n(Ca²⁺) = 2,0 × 10⁻³ mol dans 1,0 L ; n(stéarate) = 2 × 2,0 × 10⁻³ = 4,0 × 10⁻³ mol.
3. m = 4,0 × 10⁻³ × 306 = 1,2 g.
4. Une partie du savon est perdue dans le précipité : il en reste moins pour former les micelles, d’où moins de mousse et de détergence, avec des dépôts blancs.

a. Un savon est un carboxylate obtenu en chauffant un triglycéride avec la soude.
b. La queue est lipophile (hydrophobe).
c. η = masse obtenue ÷ masse maximale.
d. Les têtes sont à l’extérieur, les queues au centre.
e. La saponification produit du glycérol et un carboxylate de sodium.

1. Partie hydrophile : le groupe sulfate –OSO₃⁻ ; partie lipophile : la chaîne C₁₂H₂₅.
2. Une tête ionique et une chaîne carbonée apolaire : c’est un amphiphile.
3. Il ne précipite pas avec Ca²⁺ : il reste actif en eau dure.
4. M = 12 × 12,0 + 25 × 1,0 + 16,0 + 32,1 + 3 × 16,0 + 23,0 = 144,0 + 25,0 + 16,0 + 32,1 + 48,0 + 23,0 = 288,1 g·mol⁻¹.

1. c = 5,0 ÷ 306 = 1,6 × 10⁻² mol·L⁻¹ (1,63 × 10⁻²).
2. m = 5,0 × 0,250 = 1,25 g.
3. n = 1,25 ÷ 306 = 4,1 × 10⁻³ mol.

1. n = 500 ÷ 884 = 0,566 mol.
2. n(NaOH) = 3 × 0,5656 = 1,697 mol ; m = 1,697 × 40,0 = 67,9 g.
3. m_max = 1,697 × 304 = 516 g.
4. m = 0,90 × 516 = 464 g.

Modèle : une graisse est apolaire donc lipophile et non miscible avec l’eau, qui est polaire : l’eau seule ne l’emporte pas. Le savon contient des ions carboxylate, espèces amphiphiles : leur tête est hydrophile et leur chaîne carbonée lipophile. Lors du lavage, les chaînes pénètrent dans la graisse tandis que les têtes restent dans l’eau. La graisse se fragmente en gouttelettes entourées de têtes chargées négativement : ce sont des micelles, qui se repoussent et forment une émulsion stable. Le rinçage évacue ces gouttelettes et le tissu est propre.

Protocole possible : dans quatre tubes identiques, verser 10 mL d’eau (distillée ou calcaire), ajouter la même masse (ou le même nombre de gouttes) de produit A ou B, puis 1 mL d’huile colorée. Pouvoir moussant : agiter 10 fois de la même façon, mesurer la hauteur de mousse à la règle immédiatement et après 5 min. Émulsion : mesurer la durée avant séparation complète des deux phases au chronomètre. Paramètres constants : volumes, température, nombre et amplitude des agitations. Présenter les résultats dans un tableau puis un histogramme, et conclure en comparant A et B dans les deux eaux ; répéter chaque essai trois fois.