Synthèse des espèces chimiques

Cette fiche de cours est consacré au chapitre sur la synthèse d'espèces chimiques. Ce cours est au programme de physique-chimie pour la troisième et l'épreuve du Brevet pour les candidats libres.

Notre professeur a conçu cette fiche pour vous aider dans vos révisions. Vous retrouverez dans ce cours, toutes les espèces chimiques existantes mais aussi inexistantes dans la nature.

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Dans le chapitre 4, nous avons abordé la notion de réaction chimique ; au cours de celle-ci, des réactifs sont consommés. Les atomes de ces réactifs sont réorganisés différemment pour former de nouveaux produits dans le milieu réactionnel. A titre d'exemple, l'équation-bilan de la combustion du propane C ₃H ₈ est donnée ci-dessous : en présence d'un réactif, le dihydrogène, le propane se transforme en deux produits, le dioxyde de carbone et l'eau.

Une synthèse chimique est un enchaînement de réactions chimiques permettant d'obtenir un produit voulu. Ces synthèses possèdent toujours un mode opératoire (ou protocole) énumérant les différentes étapes (agitation, chauffage du milieu réactionnel, filtration) qui doivent être effectuées pour synthétiser le composé désiré. Ce protocole mentionne aussi le matériel et les quantités de réactifs à utiliser, les risques chimiques encourus et donc les règles de sécurité à respecter.

Au cours d'une réaction chimique, les atomes des réactifs se réorganisent pour former les produits et ne disparaissent donc pas. Il y a conservation des atomes : la masse des réactifs est donc égale à la masse des produits. Ce principe est la conservation de la masse.

Appliquons ce principe à un exemple : l'éthanol

contenu dans le vin se transforme, en présence de dioxygène, en acide éthanoïque

et en

. Cette réaction débute avec 21 grammes d'éthanol ; à la fin de la réaction, 27,4 grammes d'acide éthanoïque et 8,2 grammes d'eau sont récupérés. L'équation-bilan de cette réaction chimique est donnée ci-dessous :

A partir de ces données, il est possible de calculer, grâce à la conservation de la masse, la masse de dioxygène qui a été consommée. D'après la conservation de la masse, la masse d'eau et d'acide éthanoïque récupérée à la fin de réaction est égale à la masse d'éthanol et de dioxygène introduite initialement. On a donc

14,6 grammes d'

ont donc été consommés au cours de cette réaction chimique.

Grâce aux progrès de la chimie, il est maintenant possible de synthétiser en laboratoire des espèces chimiques. Celles-ci sont appelées substances de synthèse (ou substances synthétiques) et peuvent se classer en deux catégories :

Les substances synthétiques naturelles : ces molécules sont des copies conformes de molécules existant déjà dans la nature.
Les substances synthétiques artificielles : ces molécules sont inventées par l'homme et n'existent pas à l'état naturel.

I - Synthèse d'espèces chimiques existant dans la nature

Les substances naturelles sont des substances qui existent dans la nature. L'homme n'intervient pas dans leur fabrication. Elles peuvent être d'origine :

Minérale : ces substances sont extraites généralement des mines ou de la roche (ex : or, uranium, aluminium, fer).
Végétale : ces espèces sont extraites des plantes, des arbres... (ex : le caoutchouc est extrait de la sève de l'hévéa)
Animale : ces substances sont extraites des insectes, des mammifères... (ex : quelques médicaments ont été synthétisés en s'inspirant de mammifères marins)

A l'état naturel, ces substances naturelles existent sous forme de corps purs ou sous forme de mélange avec d'autres molécules.

Ces substances naturelles peuvent posséder une propriété particulière, comme un arôme (vanille) ou encore des propriétés thérapeutiques (l'aspirine peut être extraite naturellement de l'écorce d'un saule). Ces substances sont présentes dans de très faibles quantités à l'état naturel, c'est pourquoi, l'homme a eu l'idée de les reproduire au laboratoire. Ces substances sont appelées substances de synthèse naturelles (ou substances synthétiques naturelles). Ces dernières possèdent les mêmes propriétés que les substances naturelles (goût, odeur, propriétés thérapeutiques...). A titre d'exemple, le dioxyde de carbone est présent naturellement de l'air. La combustion de l'éthane, en présence de dioxygène, produit du dioxyde de carbone synthétique. Dans les deux cas, c'est la même molécule synthétisée. Seule la méthode de production (naturelle ou synthétique) est différente.

La synthèse de substances naturelles permet d'abaisser les coûts de production, de fournir d'importantes quantités de produit en peu de temps et de préserver les ressources naturelles. Comme exemple, choisissons le taxol, un médicament contre le cancer qui est produit par une espèce d'ifs. Pour produire 2 kg de taxol pour une série d'essais cliniques, il faudrait abattre 12000 arbres, ce qui serait très coûteux et conduirait à une déforestation.

Dans la vie quotidienne, les substances naturelles synthétiques servent généralement en tant qu'arômes (bonbons, parfums), médicaments ou colorants.

II - Synthèse d'espèces chimiques n'existant pas dans la nature

De nos jours, les chimistes sont capables de créer des molécules qui n'existent pas dans la nature : ce sont des substances de synthèse artificielles (ou substances synthétiques artificielles). Ces produits ont pour but d'améliorer notre vie quotidienne. Peuvent être cités comme exemple les cosmétiques (savon, shampoings), les matériaux (PVC), les textiles (nylon), les pesticides...

Pour obtenir une molécule de synthèse, plusieurs étapes successives sont nécessaires. Elles font appel à différentes techniques de laboratoire. Etudions le savon, préparé en trois étapes clés, à partir d'huile et de soude. Cet exemple permet de montrer les techniques de synthèse les plus utilisées par les chimistes.

1 ^ère étape : Synthèse chimique

Durant cette étape, les réactifs réagissent entre eux : la transformation chimique a lieu. Dans le cas du savon, l'huile, mise en présence de la soude, se transforme en glycérol et en savon. Ce milieu réactionnel est mis à chauffer à ébullition et les vapeurs d'eau sont condensées grâce à un réfrigérant pour éviter toutes pertes de matière. Le chauffage permet en effet d'augmenter la vitesse de la réaction chimique, sans perte de réactif.

2 ^ème étape : Relargage

Pour séparer le savon des autres produits du milieu réactionnel, la technique du relargage est utilisée. Elle consiste à ajouter de l'eau salée pour faire précipiter, dans la solution, le savon (ou un autre produit de synthèse). Le savon, peu soluble dans l'eau salée, se solidifie à la surface de l'eau salée.

3 ^ème étape : Filtration

La filtration est une technique qui permet de séparer un solide d'un mélange liquide. Ce procédé est réalisé sous vide et le solide est récupéré grâce à un entonnoir Büchner, composé d'une partie plate perforée qui laisse passer les liquides et non les produits solides. Seul, le savon est ainsi récupéré dans l'entonnoir Büchner et l'eau salée passe dans l'erlenmeyer.

Autre méthode : La distillation permet de séparer le produit synthétisé du milieu réactionnel en le chauffant à ébullition pour le transformer en vapeurs. Ces dernières sont ensuite condensées grâce à un réfrigérant pour récupérer le produit voulu.

Fin de l'extrait

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Les avis sur ce document

16/20

Pas mal mais il serait intéressant d'avoir plus d'explications sur les équations bilan... Mais sinon c'est bien

par Lyllalion3 - le 28/06/2017

20/20

J'ai tout compris sur les autres fiches mais là pas du tout

par Unefillede3e - le 18/06/2017

20/20

je comprend rien je suis nul en physique!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

par lolhug - le 24/05/2017