Action des savons - Sujet

Le lavage des mains à l’eau savonneuse, tout comme le nettoyage d’un tissu avec de la lessive, repose sur un processus physico-chimique agissant à l’échelle moléculaire.

Objectif : expliquer l’action des savons et étudier l’influence de la présence d’ions qui limitent leur efficacité.

Données

Protocole 1

• Verser \(\mathrm{5\ mL}\) d’eau distillée dans le tube n° 1 et \(\mathrm{5\ mL}\) d’eau savonneuse dans le tube n° 2.
  
• Ajouter ensuite environ 15 gouttes d’huile dans chaque tube.
  
• Boucher les tubes, les agiter brièvement (un aller-retour), puis les laisser reposer.

Protocole 2

• Verser \(\mathrm{5\ mL}\) d’eau savonneuse dans les tubes n° 3 et n° 4.
  
• Ajouter ensuite 4 gouttes de solution de chlorure de calcium \(\mathrm{(Ca^{2+};2C\ell^-)}\) dans le tube n° 3, et 4 gouttes de solution de chlorure de magnésium \(\mathrm{(Mg^{2+};2C\ell^-)}\) dans le tube n° 4.
• Boucher les tubes, les agiter brièvement (un aller-retour), puis les laisser reposer.

Protocole 3

• Verser \(\mathrm{5\ mL}\) d’eau savonneuse dans les tubes n° 5 et n° 6.
  
• Ajouter 1 mL d’eau distillée dans le tube n° 5, et \(\mathrm{1\ mL}\) d’eau minérale Hépar® dans le tube n° 6.
  
• Boucher les tubes, les agiter brièvement, puis les laisser reposer.

Structure et action d’un détergent

Les savons doivent pouvoir "piéger" des graisses (apolaires) dans une solution aqueuse (solvant polaire). L’espèce chimique lavante présente dans le savon, appelée tensioactif, doit donc posséder ces deux polarités antagonistes. Cela est possible grâce à une chaîne carbonée* et à une tête ionique**. C’est pourquoi les savons sont dits amphiphiles***.

• * Chaîne carbonée : suite d’atomes de carbone reliés par des liaisons covalentes.
• ** Tête ionique : localisation d’un excès ou d’un défaut d’électrons sur un atome ou un groupe d’atomes situés en bout de chaîne.
• *** Amphiphile : qui possède un groupe hydrophile (qui aime l’eau) et un groupe lipophile (qui aime les graisses).

Dureté de l'eau

Une eau "dure" possède une concentration forte en ions calcium \(\mathrm{(Ca^{2+})}\) et magnésium \(\mathrm{(Mg^{2+})}\). Elle peut faire perdre beaucoup de ses propriétés détergentes à un savon.

Questions 

1. Proposer une explication au caractère hydrophile d’un ion carboxylate (tête hydrophile) et lipophile de la chaîne carbonée.

2. Réaliser les différentes expériences proposées.

3.a. Indiquer ce que l'on constate dans chacun des deux tubes de l’expérience 1 après agitation et repos du mélange.

3.b. En vous appuyant sur les types d’interactions mises en jeu, expliquer comment l’eau savonneuse permet d’éliminer une tache de graisse sur un vêtement, comme illustré sur l’image ci-dessous.

4.a. Décrire les observations faites lors de l’expérience 2, au moment de l’ajout de la solution de chlorure de calcium ou de chlorure de magnésium.

4.b. Proposer une explication à ces observations.

4.c. En vous appuyant sur les résultats obtenus, expliquer pourquoi on peut affirmer que plus une eau est dure, moins le savon est efficace pour laver.

5.a. Décrire les observations réalisées lors de la troisième manipulation, au moment de l’ajout d’eau minérale ou d’eau quasi-distillée dans l’eau savonneuse.

5.b. Formuler une hypothèse sur la composition de l’eau d’Hépar® en vous appuyant sur les observations.

Vérifier cette hypothèse en consultant l’étiquette de la bouteille donnée ci-dessous (valeurs données en `"mg"\cdot"L"^-1`.

5.c. Indiquer, en justifiant votre réponse, si l’eau d’Hépar® serait adaptée pour se laver les mains avec du savon.