Seconde_Thème 2_LA SANTE chapitre 5_Identification d’une espèce chimique

M.Meyniel 1/2

chapitre 5 : IDENTIFICATION D’UNE ESPECE CHIMIQUE

Le domaine de la Santé nécessite un apport conséquent en espèces chimiques notamment pour formuler les

médicaments. C’est pourquoi, on cherche depuis tout temps à extraite celles que la nature peut nous amener.

Mais une fois cette extraction effectuée, comment savoir si on a extrait la bonne molécule ?

Il faut procéder à une identification de la molécule : on cherche donc à déterminer ses caractéristiques physiques et

chimiques qui constituent sa carte d’identité.

Nous avons déjà vu que des tests caractéristiques chimiques simples nous permettent d’identifier certaines espèces.

Mais ils apparaissent parfois insuffisants par rapport à l’ensemble des espèces chimiques qui peuvent exister dans la

nature et réagit de la même façon au test pratiqué (Les ions zinc Zn2+

& aluminium Al3+

forment tous les deux un précipité

blanc avec la soude. Il faut donc procéder à une autre caractérisation pour les distinguer !).

Il a donc fallu mettre au point de nouvelles techniques d’identification des espèces chimiques. Et, dans ce cours, nous

allons justement étudier un procédé qui permet une bonne séparation et identification avant de répertorier les

différentes caractéristiques physiques et chimiques permettant l’identification d’une espèce chimique.

Cf Activité Expérimentale 16.

I. La chromatographie.

Document 1 : Définition de la chromatographie

Le mot vient de khrôma, « couleur ». A l’origine, il s’agissait d’une technique de séparation de substances de séparation de substances colorées, mais, aujourd’hui, elle est utilisée pour tout type de mélange.

La chromatographie est une méthode physique de séparation et d’identification des espèces chimiques présentes dans un mélange.

La chromatographie permet de vérifier si une substance chimique est pure ou non. Elle permet aussi d’analyser et de reconnaître les constituants d’un mélange par comparaison avec d’autres échantillons connus.

Rq : * Il existe différents types de chromatographie : sur colonne ; par exclusion ; en phase vapeur (CPV) ; …

mais nous nous limiterons aux chromatographie sur papier et chromatographie sur couche mince (CCM)

Document 2 : Le rapport frontal

On peut aussi calculer le rapport frontal Rf pour chaque tache observée :

(sans dimension)

Ce rapport dépend de la nature de l’espèce chimique, de la phase fixe et de l’éluant mais pas de la concentration.

La conséquence est que si deux taches présentent le même rapport frontal dans les mêmes conditions

expérimentales, alors elles correspondent sûrement à la même espèce chimique.

Rq : * Ce rapport étant peu précis, on donne, en général, sa valeur avec un seul chiffre après la virgule.

1. Faire un schéma annoté et ajouter quelques lignes d’explication sur la chromatographie sur papier des

trois colorants (bleu, rouge, vert) réalisée par le professeur. On précisera le nom scientifique de la phase

mobile, l’endroit où sont déposés les échantillons analysés et le principe de l’élution.

2. Pourquoi le choix de l’éluant est-il fondamental dans une chromatographie ?

3. Faire un schéma du chromatogramme (= phase fixe + taches révélées) obtenu à la fin de l’élution.

4. Interpréter le chromatogramme de manière méthodique : expliquer ce que représente une tache et

réaliser une lecture verticale de chaque dépôt puis une lecture horizontale pour confronter les résultats.

5. Conclure quant à la composition du colorant alimentaire vert par rapport aux deux autres colorants.

6. Calculer le rapport frontal Rf du colorant alimentaire rouge.

7. Que doit-on faire si jamais les taches à observer sont incolores ?

𝑹𝒇 =𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒆 𝒑𝒂𝒓𝒄𝒐𝒖𝒓𝒖𝒆 𝒑𝒂𝒓 𝒍′𝒆𝒔𝒑è𝒄𝒆 𝒄𝒉𝒊𝒎𝒊𝒒𝒖𝒆

𝒅𝒊𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒆 𝒑𝒂𝒓𝒄𝒐𝒖𝒓𝒖𝒆 𝒑𝒂𝒓 𝒍′é𝒍𝒖𝒂𝒏𝒕=

𝒉

𝑯

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II. Caractérisation des espèces chimiques.

La chromatographie permet donc de séparer les espèces chimiques et de les identifier. Parfois, deux espèces

différentes peuvent présenter des taches à la même hauteur si elles ont une solubilité voisine dans l’éluant utilisé.

Il faut donc procéder à d’autres tests afin de les différencier. Chaque espèce chimique possède des caractéristiques

physiques et chimiques qui lui sont propres et qui constituent sa « carte d’identité » ce qui permet alors de l’identifier.

On se propose, ici, de répertorier quelques caractéristiques des espèces chimiques déjà entrevues. Dans tous les cas,

si deux espèces chimiques diffèrent par une seule caractéristique, alors elles sont différentes !

Document 1 : Les températures de changement d’état

La matière existe sous trois états physiques : solide, liquide, gazeux. Le changement d’état d’un corps pur est

la transformation physique correspondant au passage d’un état physique à un autre. Cette transformation se produit

à une température constante qui est caractéristique de l’espèce chimique considérée à une pression donnée.

Rq : * Pour la caractérisation d’une espèce chimique, on utilise essentiellement :

- la température d’ébullition Téb : température à laquelle l’espèce chimique bout, passe ainsi de l’état

liquide à l’état gazeux et se mesure sous pression atmosphérique.

- la température de fusion Tf : température à laquelle l’espèce chimique fond passant ainsi de

l’état solide à l’état liquide et dépend très peu de la pression.

* Ces températures permettent d’identifier l’espèce chimique ou de vérifier sa pureté en vérifiant si la température trouvée expérimentalement correspond à celle de la théorie.

Ex : Cas du cyclohexane : Téb = 80,7 °C Tf = 6 °C

Document 2 : Autres caractéristiques physiques

Plusieurs autres propriétés physiques d’une espèce chimique peuvent être utilisées pour l’identifier :

* les spectres d’absorption diffèrent d’une espèce chimique à l’autre. Ils constituent donc une caractéristique

physique de l’espèce ; (Voir cours « Les spectres »)

* la solubilité d’un solide dans un solvant donné constitue aussi une caractéristique physique ;

* la densité (ou la masse volumique) d’un solide ou d’un liquide est aussi une caractéristique physique qui

permet d’identifier une espèce chimique ; (Voir cours « Extraction d’une espèce chimique »)

* l’indice de réfraction, qui caractérise l’aptitude d’une espèce chimique à dévier le trajet de la lumière, se

mesure, à l’aide d’un réfractomètre, aussi pour déterminer la nature des liquides ;

Ex : neau = 1,33 néthanol = 1,361 ncyclohexane = 1,425 (Voir cours « Réfraction et dispersion de la lumière »)

* le rapport frontal calculé lors d’une chromatographie fait partie aussi des caractéristiques physiques de

l’espèce chimique. (Voir cours « Identification d’une espèce chimique »)

Document 3 : Les caractéristiques chimiques

A l’image des propriétés physiques, les tests caractéristiques chimiques entrevus au cours du chapitre 2 « Les médicaments » permettent l’identification d’une espèce chimique ou de connaître sa pureté relative.

1. A l’aide d’un schéma permettant de passer d’un état physique à un autre, rappeler les différents noms

de ces changements d’état.

2. Rappeler les températures de fusion et d’ébullition de l’eau sous pression atmosphérique.

3. Rappeler la définition de la masse volumique d’une espèce ainsi que la définition de sa densité.

Conclusion : L’Homme sait donc utiliser la nature pour prélever les espèces chimiques dont il a besoin en

maîtrisant leur extraction et leur identification. Mais quand les réserves naturelles s’épuisent ou sont insuffisantes

par rapport à la demande, il faut trouver une alternative pour disposer de ces espèces chimiques. C’est toute

l’importance et la raison d’être de la synthèse chimique que nous étudierons dans le prochain cours.

Compétences exigibles

- Réaliser et interpréter une chromatographie sur une couche mince (mélanges colorés et incolores).