Synthèse d'un savon - Exercice 7

Le savon est un produit liquide ou solide composé de molécules amphiphiles obtenues par réaction chimique entre un corps gras et une base forte, l'hydroxyde de sodium de formule \(\mathrm{NaOH}\). Cette réaction est effectuée à chaud, mais elle peut également se faire à froid.

Cet exercice a pour objectif d’étudier quelques caractéristiques des espèces chimiques mises en jeu lors de cette synthèse, et finalement de s’intéresser aux propriétés lavantes du savon.

Données

Protocole de la synthèse d’un savon : l’oléate de sodium

Étape 1 : verser dans un ballon :

• \(\mathrm{13,6\ g}\) d’huile d’olive (on considère que l’huile d’olive est de l’oléine pure) ;
• \(\mathrm{20\ mL}\) d’éthanol ;
• \(\mathrm{20,0\ mL}\) de soude (hydroxyde de sodium ) en excès ;
• quelques grains de pierre ponce pour assurer l’agitation du milieu réactionnel.

Étape 2 : chauffer, à l’aide d’un montage à reflux, le mélange réactionnel pendant 20 minutes environ.

Étape 3 : laisser refroidir le mélange quelques minutes, puis le verser dans un bécher contenant \(\mathrm{200\ mL}\) d’une solution aqueuse concentrée de chlorure de sodium \(\mathrm{(NaC\ell)}\), notée \(\mathrm{S}\).

Étape 4 : le précipité obtenu, l’oléate de sodium, est le savon. Il est filtré, rincé à l’eau salée, séché, puis pesé.

Équation de la réaction modélisant la synthèse de l’oléate de sodium

"R", dans l’oléate de sodium, correspond à \(\mathrm{C_{17}H_{35}}\).

Masse molaire de différentes molécules

• \(M\mathrm{(NaOH)=40\ g\cdot mol^{-1}}\)
  
• \(M\mathrm{(Oléine) = 884\ g\cdot mol^{-1}}\)
  
• \(M\mathrm{(Oléate\ de\ sodium) = 304\ g\cdot mol^{-1}}\)
  

Solubilité de l'hydroxyde de sodium à 20 °C : \(s\mathrm{(NaOH)=1\ 090\ g\cdot L^{-1}}\).

1. La soude, un solide ionique en solution
La solution \(\mathrm{S}\) a un volume de \(V_\mathrm{solution}=\mathrm{500\ mL}\). Elle est préparée à 20 °C par dissolution d'une masse \(m\ \mathrm{ = 200\ g}\) de \(\mathrm{NaOH(s)}\) dans de l’eau distillée.

1.1. Exprimer, puis calculer la concentration en quantité de matière en soluté apporté de la solution \(\mathrm{S}\).

1.2. En déduire la concentration en masse du soluté apporté par la solution, puis indiquer si la dissolution du soluté est totale dans la solution étudiée.

1.3. Écrire l'équation de la réaction qui modélise la dissolution de l'hydroxyde de sodium solide \(\mathrm{NaOH(s)}\) dans l'eau.

1.4. Exprimer puis calculer les concentrations en quantité de matière des ions présents dans la solution de soude.

2. Propriétés lavantes d'un savon

On s’intéresse désormais aux propriétés lavantes d’un savon. On peut représenter schématiquement l’ion oléate, l’ion actif du savon de la façon suivante.

2.1. Caractériser les parties 1 et 2 des schémas de l’ion de la figure 1 à l'aide du vocabulaire suivant : hydrophile, hydrophobe, lipophile, lipophobe.

2.2. En déduire, parmi les schémas 2.a et 2.b de la figure 2, celui qui peut expliquer le mode d'action d'un savon. Décrire en un schéma et une ou deux phrases l’étape suivante menant à l’élimination de la tache de graisse lors du lavage par du savon.