| Techniques expérimentales - Systèmes biphasiques |
Décantation
Extraction de l'acide benzoïque
Extraction du limonène
L'opération de décantation consiste à séparer deux phases liquides non miscibles de densité différentes. Il s'agit d'un système biphasique solvant organique / eau.
Principe : extraction et lavage
La méthode de séparation par décantation est basée sur le fait que les produits organiques (généralement apolaires) sont solubles dans des solvants apolaires (solvants organiques).
Il est possible de mesurer quantitativement la solubilité partielle d'un même composé à travers deux phases. A cette solubilité partielle on associe une constante thermodynamique appelée constante de partage (K).
Une extraction consiste à extraire une molécule d’un mélange, à faire " passer " une molécule d’un solvant à l’autre. Le fait de mettre un solvant apolaire en contact avec une solution aqueuse et d'agiter le tout fait migrer les molécules organiques du milieu polaire vers le milieu apolaire ou les molécules polaires vers le milieu aqueux., si la réaction s’est déroulée en milieu aqueux. Le produit organique est "extrait" de son milieu réactionnel.
Prenons une exemple de lavage. Soit un milieu réactionnel composé d’un solvant organique où est présent un catalyseur, un acide fort minéral. Pour éliminer ces traces d'acides, on lave notre milieu réactionnel dans une ampoule à décanter en présence d'un solution basique. La solution a été lavée.
Matériel de décantation
On utilise des ampoules à décanter dont il existe plusieurs modèles. Il ne faut pas confondre les ampoules à décanter des ampoules de coulées, généralement rodées.
Les ampoules à décanter s'utilisent avec un bouchon rodé.
Technique de décantation
- La solution à décanter est placée dans l'ampoule.
- On rajoute ensuite le solvant non miscible à la solution.
- L'ampoule est alors fermement secouée en prenant garde de dégazer le mélange de temps en temps en retournant l'ampoule et en ouvrant doucement le robinet. Si un petit pet retentit, c'est qu'une faible surpression c'est créée dans l'ampoule lors de l'agitation. Les surpressions sont généralement dues à la présence d'acide dans l'ampoule.
Attention à ne pas orienter l’ampoule en direction d’une personne lors du dégazage.
Quelques remarques
Selon la densité de la phase organique, la phase aqueuse sera au dessus ou en dessous.
- les solvants halogénés sont de densité supérieure à 1,
- les autres solvants sont de densité inférieure à 1.
Voici un tableau récapitulatif des propriétés physiques des principaux solvants utilisés en décantation.
Solvant Teb
d
Solvant
Teb
d
Diethyléther Pentane
Dichlorométhane
Ether de pétrole (40-60)
Trichlorométhane
35
36
40
40-60
62
0,71
0,63
1,34
~ 0,7
1,48
Ether de pétrole (60-80) Hexane
Cyclohexane
Toluène
60-80
69
81
111
~ 0,8
0,66
0,78
0,87
Teb : température d'ébullition en °C.
d : densité par rapport à l'eau.Remarque. Le trichlorométhane ne doit pas être utilisé en milieu basique chauffé sous risque de réagir.
Les émulsions
Certains mélanges biphasiques, une fois agités (fortement agités), peuvent se stabiliser sous la forme d'une mousse (une " vinaigrette ") relativement stable : on a formation d'une émulsion.
1. Les émulsions
La condition de formation de l'émulsion tient dans la présence d'un agent de type tensioactif. Un tensioactif est une molécule polaire à une de ses extrémités, apolaire à l'autre.
Ce tensioactif se fixe autour de chaque gouttelette de l'émulsion de façon à préserver sa forme et éviter que celle-ci ne se condense avec d'autres gouttelettes de même nature.
Il est à noter que certains solvants facilitent la formation d'émulsions : c'est le cas du dichlorométhane et du trichlorométhane.
2. Comment casser une émulsion
- Première méthode : la patience. Certaines émulsions se cassent d'elles-même au bout de 5 à 10 min. D'autres sont beaucoup plus tenaces.
- Deuxième méthode : la baguette en verre. Il suffit de frotter les parois à l'aide d'une baguette en verre.
- Troisième méthode : le rajout de chlorure de sodium. Ce faisant, en augmentant la force ionique de la solution, on accroît la polarité de la solution aqueuse.
- Quatrième méthode : la filtration. Une simple filtration à travers un papier filtre peut suffire à casser l'émulsion. Il existe aussi des papiers filtres dit séparateurs de phase réservé à cet usage. On peut aussi filtrer sur une couche de Célite de 3 ou 4 mm placée sur Büchner.
- Cinquième méthode : la centrifugation.
