savons et detergents

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Fabrication d’un savon (manipulation professeur)

Protocole :

Introduire dans le ballon : 20 mL d’huile, 10 mL de solution de soude concentrée et 15 mL d’éthanol.

Ajouter quelques grains de pierre ponce. Adapter au ballon le réfrigérant vertical et faire circuler l’eau dans le réfrigérant. Porter le liquide à ébullition douce pendant 20 minutes environ.

Récupération du savon : Dans un verre à pied, verser 100 mL d’eau salée saturée et verser le contenu du ballon dans le verre à pied contenant l’eau salée. Agiter avec l’agitateur en verre. Une phase solide se forme, c’est le savon qui est insoluble dans l’eau salée. Filtrer le contenu du verre à pied sur un entonnoir muni d’un papier filtre. Récupérer le savon produit et le laisser sécher sur une soucoupe.

La réaction :

Lorsqu’on fait réagir un corps gras (huile) avec de la soude (hydroxyde de sodium) on réalise une saponification qui donne du savon et du glycérol.

Propriétés des savons

La tension superficielle

Un liquide, au contraire d’un gaz, ne tend pas à occuper tout l’espace qui lui est offert : ses molécules sont retenues au voisinage les unes des autres par des forces de cohésion, qui sont des forces d’attraction s’exerçant entre elles.

            Si on considère une goutte d’eau isolée dans l’espace (schéma ci-contre), les molécules d’eau au centre sont attirées par toutes leurs voisines, dans toutes les directions, donc ces attractions se compensent. Par contre les molécules d’eau situées à la surface ne sont attirées que par leurs voisines situées sur les cotés et en dessous. Il en résulte une force qui les tire vers le centre d’où la forme sphérique d’une goutte.

            Si on considère une molécule située à la surface d’un liquide (schéma ci-contre), elle est soumise à des forces d’attraction de la part des molécules voisines qui, dans certaine mesure, l’empêche de quitter le liquide (sauf par évaporation).

Nous pouvons donc considérer la surface d’un liquide comme une membrane élastique tendue.

            Définition : La surface de l’eau est donc soumise à une force qui l’attire vers l’intérieur du liquide : c’est la force de tension superficielle ou simplement tension superficielle.

Mise en évidence de la tension superficielle

è Expérience 1 : Remplir le bol d’eau. Déposer délicatement un trombone à la surface de l’eau.

Observations : Le trombone flotte. La surface libre de l’eau se déforme sous le trombone comme une membrane élastique.

Conclusion :

La tension superficielle de l’eau permet au trombone de flotter.

è Expérience 2 : Remplir à ras bord une cuillère avec de l’eau. À l’aide d’un compte gouttes, ajouter quelques gouttes d’eau supplémentaire.

Observation : La surface de l’eau présente une forme convexe.

Conclusion :

La tension superficielle permet de remplir une cuillère à café à un niveau un peu supérieur au bord. Sans la tension superficielle, l’eau qui dépasse de la cuillère s’écoulerait.

è Expérience 3 : On dispose de trois tubes à essais de petit diamètre, le premier contient de l’eau, le deuxième contient de l’eau savonneuse et le troisième contient de l’huile.

Observations : La surface libre des liquides n’est pas plane et horizontale, elle présente une forme concave près des bords du tube. La concavité n’est pas la même pour tous les liquides.

Conclusion :

Dans un tube fin, la surface libre d’un liquide forme un ménisque, c’est un effet de la tension superficielle.

La profondeur du ménisque est proportionnelle à la tension superficielle du liquide.

Tous les liquides n’ont donc pas la même tension superficielle.

Autres effet de la tension superficielle

è Expérience : On trempe un anneau métallique, muni d’un fil de coton, dans une soucoupe remplie d’eau savonneuse.

Observation : Une lame mince d’eau savonneuse se forme. Les fils de coton semblent mobiles au sein de cette lame.

On perce la lame.

Observation : Les fils se tendent formant des arcs de cercles. Les lames d’eau savonneuse évoluent toujours de manière à réduire leur surface.

Conclusion :

La tension superficielle tend toujours à diminuer la surface libre d’un liquide et ce en tirant sur les limites extérieures de cette surface.

Comment réduire la tension superficielle ?

è Expérience 1 : Poser délicatement un trombone à la surface de l’eau. Ajouter une goutte d’eau savonneuse.

Observation : Le trombone coule immédiatement.

Interprétation : L’ajout d’eau savonneuse détruit l’équilibre du trombone en réduisant la tension superficielle du liquide.

è Expérience 2 : Remplir d’eau un bol, saupoudrer la surface de l’eau de poivre moulu.

Observation : le poivre se répartit uniformément à la surface.

Déposer une goutte d’éthanol à la surface de l’eau, près d’un bord du bol.

Observation : L’ajout d’éthanol ne modifie pas la répartition du poivre.

Déposer une goutte d’eau savonneuse à la surface de l’eau, près d’un bord du bol.

Observation : L’ajout d’eau savonneuse repousse le poivre de l’autre coté du bol comme si l’eau savonneuse prenait la place du poivre. Le poivre à tendance à couler.

è Conclusion : L’eau savonneuse réduit la tension superficielle de l’eau en répartissant ses molécules à la surface de celle-ci.

Un produit qui abaisse la tension superficielle d’un liquide est appelé agent tensioactif ou surfactant.

Les détergents

Définition et structure

D’après le dictionnaire, un détergent est un produit qui nettoie en entraînant les impuretés.

Il existe plusieurs catégories de détergents : les détergents naturel (le savon) et les détergents synthétiques.

Les détergents sont des composés tensioactifs, ils possèdent une tête hydrophile et une queue hydrophobe.

Les têtes hydrophiles s’introduisent dans l’eau tandis que les queues hydrophobes se glissent entre les molécules d’eau réduisant ainsi les attractions entre les molécules donc réduisent la tension superficielle.

Les pouvoirs des détergents

è Expérience : Imbiber quelques brins de laine avec de l’huile. Prépare deux béchers, l’un contient de l’eau et l’autre de l’eau savonneuse. Plonger quelques brins de laine dans chacun des deux béchers.

Observations : Dans le bécher contenant de l’eau, les brins de laine flottent et il ne se passe rien.

Dans le bécher d’eau savonneuse, les brins de laine coulent.

Questions :

Pourquoi est-ce que les brins de laine coulent dans le bécher contenant de l’eau savonneuse ?

En tant qu’agent tensioactif, le savon abaisse la tension superficielle de l’eau. L’eau savonneuse peut donc pénétrer les plus petits interstices de la laine et la mouiller ce qui provoque son immersion totale dans le bécher.

On parle du pouvoir mouillant des détergents.

Comment agit le savon ?

En tant qu’agent tensioactif, le savon va s’immiscer entre l’huile et la laine, il va petit à petit diviser le corps gras et former des micelles englobant les petites gouttes d’huile.

On parle du pouvoir émulsifiant des détergents.

Pourquoi est-ce que l’eau savonneuse mousse si on la remue ?

Quand on agite de l’eau savonneuse, on fait s’y dissoudre de l’air. Les bulles d’air s’échappent ensuite du liquide en entraînant avec elles un film d’eau savonneuse, se qui forme des bulles.

On parle du pouvoir moussant des détergents.

Remarque : Le meilleur détergent n’est pas obligatoirement le produit qui mousse le plus.

 Action détergente d’un savon sur une tache minérale

Le processus est inverse.

Les têtes hydrophiles du savon se fixent sur la tache, les queues hydrophobes sont alors dirigées à l’extérieur de la tache et vont attirer d’autres molécules de savon pour former une deuxième couche.
Finalement la tache de terre est entourée d’une enveloppe de têtes hydrophiles, elle va pouvoir être détachée par agitation et les micelles ainsi formées vont se disperser dans l’eau.

Conditions optimales d’utilisation d’un savon

pH de l’eau savonneuse

è Mettre un petit morceau de papier pH dans une coupelle. Déposer, à l’aide d’un agitateur en verre, une goutte d’eau savonneuse sur le papier.

Comparer la couleur du papier pH avec l’échelle de teinte de la boite. Déterminer le pH de l’eau savonneuse.

pH = ……………….

Conclusion : L’eau savonneuse est un milieu basique.

Un milieu acide est-il favorable à l’action d’un savon ?

è Dans deux tubes à essais, verser 5 mL d’eau savonneuse. Ajouter dans l’un 1 mL d’acide chlorhydrique. Observer. Boucher les deux tubes et les agiter de la même manière.

Observations : Il y a formation d’un précipité. (Il s’est formé moins de mousse dans le tube contenant l’acide que dans l’autre).

Conclusion : Il n’est pas recommandé d’utiliser un savon en milieu acide puisqu’il perd une partie de ses propriétés lavantes.

L’eau salée est-elle favorable à l’action d’un savon ?

è Dans deux tubes à essais, verser 5 mL d’eau savonneuse. Ajouter dans l’un 1 mL d’eau salée. Observer. Boucher les deux tubes et les agiter de la même manière.

Observations : Il y a formation d’un précipité. (Il s’est formé moins de mousse dans le tube contenant l’eau salée que dans l’autre.)

Conclusion : Il n’est pas recommandé d’utiliser un savon en milieu salé puisqu’il perd une partie de ses propriétés lavantes.

Le savon est inutilisable avec de l’eau de mer.

Une eau dure est-elle favorable à l’action d’un savon ?

Qu’est-ce que de l’eau dure ?

Une eau est dure si sa concentration en ions calcium et magnésium est grande.

è Dans trois tubes à essais, verser 5 mL d’eau savonneuse. Ajouter dans un 1 mL de solution contenant des ions calcium , dans un autre ajouter 1 mL de solution contenant des ions magnésium . Observer. Boucher les trois tubes et les agiter de la même manière.

Observations : Il se forme un précipité avec les solutions contenant des ions calcium et magnésium.

(Il s’est formé moins de mousse dans les tubes contenant les ions calcium et magnésium que dans l’autre.)

Conclusion : Il n’est pas recommandé d’utiliser un savon avec une eau dure puisqu’il perd une partie de ses propriétés lavantes

Conclusion

Le savon n’est pas utilisable dans toutes les conditions car il perd une partie de ses propriétés.

C’est un problème que l’on ne rencontre pas avec les détergents de synthèse.