Physique-chimie · Seconde · Constitution et Transformations de la Matière · 1er Trimestre

Extraction par Solvant et Chromatographie

Les élèves réalisent des extractions liquide-liquide et des chromatographies sur couche mince.

• Programmes Officiels
• EDNAT.PC.13

À propos de ce thème

L'extraction par solvant et la chromatographie sont deux techniques analytiques complémentaires au programme de Seconde. L'extraction liquide-liquide repose sur la différence de solubilité d'une espèce chimique entre deux solvants non miscibles. La chromatographie sur couche mince (CCM) sépare les constituants d'un mélange en exploitant leurs affinités différentes pour une phase fixe et une phase mobile.

Ces techniques sont omniprésentes dans l'industrie pharmaceutique, cosmétique et agroalimentaire. Le programme de l'Education nationale les inscrit dans le thème de la constitution de la matière, en lien avec les notions de solubilité et de polarité vues en début d'année.

Les travaux pratiques sont le cadre naturel de l'apprentissage actif pour ces techniques. Manipuler une ampoule à décanter, préparer une plaque CCM, interpréter un chromatogramme : ces gestes s'acquièrent par la pratique en binome ou en petit groupe, avec des moments de discussion et d'analyse collective des résultats.

Questions clés

1. Expliquez les principes physiques de l'extraction par solvant.
2. Analysez comment la polarité des solvants influence l'efficacité de l'extraction.
3. Interprétez un chromatogramme pour identifier les composants d'un mélange.

Objectifs d'apprentissage

• Démontrer le principe de la séparation des espèces chimiques par extraction liquide-liquide en utilisant une ampoule à décanter.
• Comparer l'efficacité de différents solvants pour extraire une substance donnée en analysant les rendements obtenus.
• Analyser un chromatogramme pour identifier les composants d'un mélange et déterminer leur pureté.
• Expliquer l'influence de la polarité des phases (stationnaire et mobile) sur la migration des espèces chimiques en chromatographie sur couche mince.
• Concevoir une expérience simple d'extraction et de chromatographie pour isoler et identifier un colorant alimentaire.

Avant de commencer

Mélanges et Solutions

Pourquoi : Les élèves doivent comprendre la différence entre un mélange homogène et hétérogène, ainsi que la notion de dissolution, pour aborder l'extraction et la séparation.

Structure de l'Atome et Liaisons Chimiques

Pourquoi : La compréhension de la polarité des molécules est essentielle pour expliquer le comportement des solvants et des substances lors de l'extraction et de la chromatographie.

Vocabulaire clé

Extraction par solvant	Technique de séparation qui consiste à transférer sélectivement un ou plusieurs composés d'une phase à une autre, généralement entre deux liquides non miscibles.
Ampoule à décanter	Matériel de verrerie utilisé pour séparer des liquides non miscibles grâce à la différence de densité des phases.
Chromatographie sur couche mince (CCM)	Technique de séparation où les composants d'un mélange sont séparés sur une fine couche de matériau adsorbant (phase stationnaire) par l'action d'un solvant (phase mobile).
Phase stationnaire	Le support fixe dans une technique chromatographique, par exemple la silice ou l'alumine sur une plaque CCM.
Phase mobile	Le solvant ou le mélange de solvants qui se déplace le long de la phase stationnaire, entraînant les composants du mélange.
Éluant	Synonyme de phase mobile en chromatographie, c'est le liquide qui entraîne les substances à séparer.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

L'extraction par solvant transfère tout le soluté en une seule opération.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Une seule extraction ne récupère jamais 100 % du soluté. Plusieurs extractions successives avec de petits volumes de solvant sont plus efficaces qu'une seule avec un grand volume. Les TP en binome ou les élèves comparent le rendement d'une vs deux extractions rendent cela évident.

Idée reçue courante

En CCM, le composant qui monte le plus haut est le plus concentré.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La hauteur de migration (Rf) dépend de l'affinité du composant pour l'éluant (phase mobile) par rapport à la phase fixe, pas de sa concentration. La concentration se lit dans l'intensité de la tache. Les gallery walks avec des chromatogrammes variés corrigent cette confusion.

Idée reçue courante

On peut utiliser n'importe quel solvant pour une extraction.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Le solvant d'extraction doit être non miscible avec le solvant initial, avoir une bonne affinité pour le soluté à extraire, et être facilement éliminable ensuite. Le think-pair-share sur le choix du solvant oblige les élèves à raisonner sur ces trois critères simultanément.

Idées d'apprentissage actif

TP intégré : De la plante au chromatogramme

Les élèves extraient les pigments d'une feuille d'épinard par solvant (dichlorométhane ou éthanol), puis réalisent une CCM pour séparer chlorophylles et caroténoides. Ils calculent les rapports frontaux (Rf) et identifient les pigments par comparaison avec des témoins.

60 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Choisir le bon solvant d'extraction

Les élèves recoivent 4 situations d'extraction avec le choix entre eau, éthanol, cyclohexane et dichlorométhane. Individuellement, ils sélectionnent le solvant le plus adapté. En binome, ils justifient leur choix en termes de polarité et de miscibilité.

15 min·Binômes

Galerie marchande: Interpréter des chromatogrammes

Six chromatogrammes de mélanges différents (colorants alimentaires, encres, médicaments) sont affichés. Chaque groupe identifie le nombre de constituants, calcule les Rf, et détermine si deux mélanges partagent des composants communs.

25 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Les pharmaciens utilisent l'extraction par solvant pour isoler les principes actifs de plantes médicinales afin de fabriquer des médicaments, comme l'aspirine extraite de l'écorce de saule.
• Les œnologues emploient la chromatographie pour analyser la composition des vins, identifier les arômes et détecter d'éventuels contaminants, assurant ainsi la qualité du produit final.
• Dans l'industrie cosmétique, l'extraction par solvant permet d'obtenir des huiles essentielles à partir de fleurs ou de fruits pour la fabrication de parfums et de produits de soin.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Présentez aux élèves une image d'une ampoule à décanter contenant deux liquides. Demandez-leur d'identifier la phase la plus dense et d'expliquer comment ils sépareraient les deux liquides.

Billet de sortie

Donnez aux élèves un chromatogramme simple avec plusieurs taches. Posez la question : 'Qu'est-ce que ce chromatogramme nous apprend sur la pureté de l'échantillon initial ?' Les élèves doivent écrire une phrase pour répondre.

Question de discussion

Posez la question : 'Si vous vouliez extraire du sel de l'eau de mer, quel type de solvant utiliseriez-vous et pourquoi ?' Guidez la discussion vers la miscibilité et la polarité des solvants.

Questions fréquentes

Comment fonctionne l'extraction liquide-liquide ?

On met en contact deux solvants non miscibles dans une ampoule à décanter. Le soluté se répartit entre les deux phases en fonction de sa solubilité relative. Après agitation et décantation, on sépare les deux phases. Le soluté se concentre dans le solvant pour lequel il a la plus grande affinité.

Comment interpréter un chromatogramme CCM ?

Chaque tache correspond à un constituant du mélange. Le rapport frontal Rf = distance parcourue par la tache / distance parcourue par le front du solvant. Deux taches au même Rf dans des dépots différents indiquent probablement le même composé. Le nombre de taches révèle le nombre de constituants.

Pourquoi la polarité du solvant est-elle importante en extraction ?

Le principe est que le semblable dissout le semblable. Un soluté polaire se dissoudra mieux dans un solvant polaire (eau, éthanol) et un soluté apolaire dans un solvant apolaire (cyclohexane, dichlorométhane). Le choix du solvant détermine l'efficacité de l'extraction.

Comment rendre un TP d'extraction et de chromatographie plus engageant ?

Partir d'un échantillon concret (feuilles d'épinard, encres de feutres, colorants alimentaires) motive les élèves. Le travail en binome favorise l'entraide technique. Les gallery walks sur les chromatogrammes développent l'analyse collective et permettent de comparer les résultats entre groupes.