Structure et transformation de la matière
pchT_1506_02_01C
Comprendre
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CORRIGE
Amérique du Nord • Juin 2015
Exercice 2 • 9 points

Ph © MaxRiesgo/Fotolia
C'est par pression de la pulpe d'olive provenant du broyage des olives, et par extraction de la fraction huileuse des autres composants solides et liquides, que sont produites les huiles d'olive.

Ph © illustrez-vous/Fotolia
Les huiles d'olive « vierges » sont des huiles obtenues par procédés mécaniques ou d'autres procédés physiques, dans des conditions, thermiques notamment, qui n'entraînent pas d'altération de l'huile elles n'ont subi aucun traitement autre que lavage, décantation, centrifugation et filtration.
Différentes catégories d'huile d'olive « vierge » existent en fonction de leur taux en acide oléïque par exemple l'huile d'olive « vierge » extra, considérée comme la meilleure, comporte au maximum 0,8 g d'acide oléïque pour 100 g d'huile. La qualité nutritionnelle et organoleptique dépend de la catégorie.
Les principaux constituants des huiles végétales et des graisses animales sont des triglycérides d'acides gras (notés TAG). L'acide gras, majoritairement présent dans les TAG de l'huile d'olive, est l'acide oléique il est formé lors de la dégradation de l'huile par hydrolyse. C'est l'acide gras, c'est-à-dire à longue chaîne, le plus abondant de l'organisme son nom vient de l'huile d'olive, mais il est aussi abondant dans les TAG des huiles végétales et de certaines graisses animales (graisses d'oie, de canard…). Il fait partie de la famille des acides gras oméga 9, acides mono-insaturés qui ont des effets bénéfiques reconnus contre les maladies cardio-vasculaires.
L'huile d'olive peut être consommée à froid ou en friture et être utilisée pour la fabrication des savons.
Données
- Formule topologique de l'acide oléique :

- Masses molaires moléculaires :
Macide oléique
- Masse volumique de l'huile d'olive :
ρhuile d'olive
- L'huile d'olive est miscible à un mélange d'éthanol et d'éther et elle est non miscible à l'eau.
- Le taux d'acidité libre représente la proportion d'acides gras libres qui apparaissent lorsque les triglycérides de l'huile d'olive sont dégradés par hydrolyse. Ce taux est exprimé en « grammes d'acide libre pour 100 g d'huile ».
Type d'huile d'olive | Taux d'acidité |
Huile d'olive extra vierge | |
Huile d'olive vierge | |
Huile d'olive vierge courante | |
Huile d'olive raffinée | |
1. De l'huile d'olive au savon
À partir des triglycérides d'acides gras (TAG) présents dans les huiles, il est possible de synthétiser des savons. Le savon de Marseille® est fabriqué à partir d'huile d'olive et de soude ce savon est constitué d'oléate de sodium.
Le protocole de synthèse de ce savon au laboratoire est décrit ci-dessous :
- verser 13,6 g d'huile d'olive (oléine) et 20 mL d'éthanol dans un ballon
- ajouter 20 mL de soude à 10 mol · L–1 (en excès)
- chauffer à reflux le mélange réactionnel durant 15 minutes environ
- verser le mélange obtenu dans un bécher contenant 100 mL de solution aqueuse de chlorure de sodium : le précipité obtenu est l'oléate de sodium.

Un mécanisme simplifié de la réaction de synthèse d'un savon est proposé en annexe.
2. Bénéfique pour la santé, l'huile d'olive ?
Des études réalisées par l'université de Bari (ville située au sud de l'Italie) sur des populations âgées ont montré qu'une alimentation riche en acides gras mono-insaturés (tel que l'acide oléique) prévenait la dégradation de la mémoire et des fonctions cognitives. Selon sa catégorie, l'huile d'olive peut en être plus ou moins riche. Les qualités nutritionnelles et diététiques ne sont toutefois avérées que pour des huiles d'appellation « vierge » ou « extra vierge ».
Le technicien d'un laboratoire d'analyse cherche à déterminer la catégorie d'une huile d'olive. Pour cela, il effectue les opérations décrites ci-après.
Dans un erlenmeyer de 250 mL, il verse un volume Vethanol
Il ajoute dans l'erlenmeyer un volume Vhuile
Il agite pour homogénéiser le mélange.
Il ajoute progressivement au mélange contenu dans l'erlenmeyer une solution S de potasse alcoolique (hydroxyde de potassium, , en solution dans l'éthanol) de concentration molaire Cb
Il observe un virage de l'indicateur coloré pour un volume V de solution S d'hydroxyde de potassium versé égal à (10,4 ± 0,1) mL.
1 Analyse des opérations réalisées par le technicien
2 Exploitation de l'analyse
L'équation de la réaction intervenant entre l'acide oléique présent dans l'huile et les ions hydroxyde contenus dans la solution S est la suivante :
RCOOH
Annexe
Étape a

Étape b

Étape c

Notions et compétences en jeu
Transformations en chimie organique.
Conseils du correcteur
Partie 1
. La masse obtenue est dans les données de l'énoncé. Donc, il vous faut déterminer la masse théorique maximale que l'on peut faire avec les quantités utilisées (vous pouvez faire un tableau d'avancement).
Partie 2
Les incertitudes U(Ve) et U(Cb) sont données dans l'énoncé : « à coté » des valeurs de Ve et de Cb ! Faites attention aux unités !
1. De l'huile d'olive au savon
1 Reconnaître une famille organique
Il s'agit de la famille des
2 Écrire un protocole approprié
Le savon a précipité c'est-à-dire qu'il est maintenant sous forme solide mais il se trouve encore dans le milieu réactionnel avec toutes les espèces restantes de la réaction (produits, réactifs en excès, solvant et espèces spectatrices).
Il faut donc l'extraire de ce milieu. La technique appropriée est la filtration et la plus efficace des filtrations est la filtration sous vide (dite aussi « sous Buchner »). De cette façon, on pourra récupérer le solide formé séparé du reste des espèces liquide et solubilisées. Pour réussir cette filtration, il faudra certainement un peu d'eau distillée pour arroser les parois du bécher et de l'entonnoir pour ne pas perdre de savon. On essayera de faire le moins d'ajout d'eau possible pour ne pas trop en solubiliser et donc en perdre.
Remarque
Le savon obtenu contient très certainement des impuretés et donc une ou plusieurs étapes de purification sont certainement aussi à prévoir. Notamment l'élimination de la soude puisqu'elle est corrosive et qu'il s'agit de la synthèse d'un produit cosmétique.
3 Calculer un rendement
Info
Le rendement aurait aussi pu être calculé à partir des quantités de matière de savon et non des masses.
Pour obtenir le rendement, il faut non seulement connaître la masse qui a été réellement fabriquée (ici 6,6 g) mais aussi ce qui aurait pu être fabriqué dans les conditions optimales et de façon théorique (notamment en supposant la réaction totale). Pour cela, il faut calculer la quantité maximale théorique synthétisable à partir des quantités de réactifs introduites.
On a effectué la réaction dont le bilan est :

avec 13,6 g d'oléine et un excès de soude.
L'oléine est alors le réactif en défaut et donc, d'après les coefficients stœchiométriques de l'équation, on peut écrire :
noléate de sodium
La masse maximale synthétisable de savon (olétate de sodium) est donc :
msavon
Le rendement r de la réaction de synthèse est donc :
4 1. Proposer un mécanisme réactionnel
Attention !
Les flèches courbes partent toujours d'un doublet d'électrons.
Étape a

Étape b

Étape c

Dans la première étape l'atome d'oxygène de l'ion hydroxyde est donneur d'électrons (3 doublets non liants et une charge négative) or l'atome de carbone du groupe ester est déficitaire en électrons puisqu'il est lié à deux atomes d'oxygène plus électronégatifs que lui.
2. Identifier les catégories de réaction chimique
Notez bien
Dans une élimination, il y a toujours création d'une liaison double (ou d'un cycle). Dans une addition, il y a toujours perte d'une liaison double.
Dans une substitution, il y a ni l'un, ni l'autre.
L'étape a est une réaction d'
L'étape b est une réaction d'
L'étape c est une réaction
2. Bénéfique pour la santé, l'huile d'olive ?
1 1. Justifier l'utilisation d'un solvant
D'après les données sur la miscibilité de l'huile d'olive, le technicien n'aurait pas pu utiliser l'eau comme solvant puisque l'huile d'olive n'est pas miscible avec l'eau, contrairement au mélange éthanol/éther.
Pour la réaction, cela permet d'avoir un milieu dans lequel les deux réactifs (huile et ions hydroxyde) sont au moins partiellement présents.
2. Déterminer la précision de la verrerie
Le volume d'éthanol prélevé est (401) mL alors que celui d'huile d'olive est (20,0 ± 0,1) mL. La précision sur le second volume est dix fois plus grande : par conséquent il ne peut s'agir de la même verrerie.
3. Prévoir des mesures de sécurité au laboratoire
En laboratoire, et en présence d'espèces liquide à transvaser, on doit porter une blouse et des lunettes de protection. De plus, l'hydroxyde de potassium est, tout comme l'hydroxyde de sodium, corrosif donc il faut porter des gants pour se protéger. Enfin, l'éther et l'éthanol étant assez volatiles, il vaudrait mieux travailler sous une hotte aspirante.
4. Identifier une analyse chimique
Le technicien a effectué un titrage avec un suivi colorimétrique, avec indicateur coloré. Il s'agit d'une analyse quantitative.
2 1. Calculer la masse d'un réactif à l'aide d'un titrage
La masse d'huile d'olive prélevée est :
ma
ma
En effet, à l'équivalence du titrage, les réactifs (acide oléique et ion hydroxyde) ont été introduits en proportion stœchiométrique d'où :
na
On a donc :
2. Écrire une valeur encadrée avec incertitude
Gagnez des points !
Les résultats des incertitudes absolues sont toujours à écrire avec un seul chiffre significatif (ici 7 mg).
Attention !
Le chiffre de l'incertitude absolue doit coïncider avec le dernier chiffre significatif de la valeur associée. Ici la masse est au milligramme près :
0,293 g et non 0,293 4 g ou 0,29 g
et l'incertitude porte bien sur le milligramme.
On a alors ma
3. Conclure sur un critère de pureté d'un produit commercial
La catégorie d'huile d'olive est déterminée à partir du taux d'acidité de l'huile et, d'après la définition donnée, il s'agit de la masse (en grammes) d'acide oléique pour 100 g d'huile.
Ici, on a déterminé cette masse, 0,3 g, pour un prélèvement de 20 mL d'huile d'olive. Cela correspond à une masse d'huile d'olive égale à :
mhuile
Calculons le taux d'acidité correspondant à 0,3 g d'acide oléique pour 18,4 g d'huile d'olive. On obtient .
L'huile d'olive analysée a donc un