L’entretien et la rénovation dans l’habitat

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Classe(s) : Tle STI2D - Tle STL | Thème(s) : Entretien et rénovation dans l'habitat

L’entretien et la rénovation dans l’habitat

Nous employons chaque jour de nombreux produits d’entretien ; une grande partie d’entre eux sont conçus par l’industrie chimique. Certains ont des propriétés acido-basiques, d’autres sont de bons solvants.

1Quelques produits d’entretien


On utilise régulièrement des savons, des détergents pour la vaisselle ou le ménage. Les désinfectants sont réservés aux salles d’eau ou aux sanitaires. Parfois, on emploie des détartrants pour les cafetières ou les éviers quand l’eau est calcaire. Les déboucheurs servent lorsqu’un conduit ou un siphon est obstrué.

Ces produits sont prêts à l’emploi ou doivent être dilués. Certains sont sans danger lors de leur utilisation, alors que d’autres nécessitent des précautions.

A Exemples de produits


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Exercice résolu

Énoncé

Il est possible d’acheter une bouteille d’ammoniaque au supermarché ou dans des magasins de bricolage : il s’agit d’une solution concentrée. Cette solution peut être employée diluée pour ­réaliser du nettoyage. L’odeur est particulièrement désagréable.

On retrouve une ancienne bouteille dans un garage. L’étiquette est reproduite ici :

1. S’agit-il des nouveaux symboles de danger = système général harmonisé (SGH) ?

2. Quelles précautions doivent être prises pour manipuler cette solution ? Peut-on la manipuler dans une pièce fermée ?

3. Peut-on vider ce produit à l’évier pour s’en débarrasser ?

Corrigé

1. Il s’agit des anciens symboles de danger utilisés sur les étiquettes des solutions jusqu’en 2015. Ils sont depuis totalement interdits.

2. Cette solution doit être manipulée avec prudence : il faut porter des lunettes, des gants, un vêtement de protection. Il faut éviter d’ouvrir ce flacon et de verser de cette solution dans une pièce fermée, car les vapeurs d’ammoniac sont toxiques et irritantes pour les voies respiratoires, en plus de leur odeur nauséabonde.

3. Il ne faut absolument pas le vider à l’évier, cette solution est concentrée. Elle risque de nuire à l’environnement. Il faut porter la bouteille dans un centre de collecte et de recyclage.

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2Les acides et les bases

A Définitions


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Le pH des solutions aqueuses est compris entre 0 et 14 à 25 °C :

– une solution acide a un pH compris entre 0 et 7 ;

– une solution neutre a un pH égal à 7,0 ;

– une solution basique a un pH compris entre 7 et 14.

Plus le pH est bas (< 7) et plus la solution est acide. Inversement, plus le pH est élevé (> 7) et plus la solution est basique.

Exercice résolu

Énoncé

Le pH d’un lait vaut 6,5 ; celui d’une boisson gazeuse 3,1 ; une solution d’eau de Javel a un pH = 10,3.

Indiquer la nature acide, basique ou neutre de chaque solution.

Corrigé

La boisson gazeuse et le lait ont un pH inférieur à 7, ce sont des solutions acides. La boisson gazeuse est cependant nettement plus acide que le lait.

La solution d’eau de Javel est basique car son pH est supérieur à 7.

Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton en solution aqueuse. Une solution aqueuse de cette espèce acide a un pH acide

Contrairement aux couples Ox/Red pour lesquels l’oxydant capte des électrons, ici l’acide cède un proton.

Une base est une espèce chimique capable de capter un proton en solution aqueuse. Une solution aqueuse de cette espèce basique a un pH basique.

EXEMPLE

L’acide éthanoïque CH3COOH, est un acide, il peut donc céder un proton H+ selon la demi équation : CH3COOH = CH3COO + H+

Attention, la forme acide AH est toujours écrite en premier dans un couple acide-base AH/A.

Un couple acide/base AH/A comporte un acide AH et une base A. Une demi-équation, dite demi équation acido-basique lie les deux espèces chimiques :

AH = A + H+

Les espèces AH et A sont dites conjuguées et forment le couple AH/A. Il y a donc simplement un proton H+ en plus dans la formule de l’acide par rapport à la formule de la base.

Quelques couples importants :

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EXEMPLE

L’acide méthanoïque a pour formule HCOOH. C’est un acide, il est donc possible d’écrire la demi-équation où il intervient : HCOOH = HCOO + H+.

Ainsi, l’ion méthanoate HCOO est la base conjuguée de l’acide méthanoïque.

Les deux espèces forment le couple HCOOH/HCOO.

Exercice résolu

Énoncé

Indiquer la base conjuguée associée à chacun des acides suivant puis écrire les couples acide/base correspondants. HCO3, HClO4, HNO2, NH4+.

Corrigé

Les formules données sont celles des acides, il faut donc retirer un proton H+ pour trouver la formule de la base conjuguée.

La base conjuguée de HCO3 est CO32 et le couple est HCO3/CO32.

La base conjuguée de HClO4 est ClO4 et le couple est HClO4/ClO4.

La base conjuguée de HNO2 est NO2 et le couple est HNO2/NO2.

La base conjuguée de NH4+ est NH3 et le couple est NH4+/NH3.

B La réaction acido-basique


Une réaction acido-basique est un transfert de protons qui se produit entre l’acide A1H d’un couple A1H/A1 et la base A2 d’un autre couple A2H/A2, au cours de laquelle, l’acide A1H cède un proton à la base A2-. Les produits formés sont alors les espèces conjuguées : A1 et A2H. La réaction s’écrit alors :

A1H + A2 = A1 + A2H.

Les couples acido-basiques mis en jeu sont A1H/A1 et A2H/A2.

Méthode : on considère la réaction se produisant entre l’acide méthanoïque HCOOH et l’ammoniaque NH3. Les couples acide base sont HCOOH/HCOO et NH4+/NH3.

L’ammoniaque a pour formule NH3, c’est la base du couple NH4+/NH3 : la demi équation s’écrit dans le sens où elle se produit :

NH3 + H+ = NH4+

L’acide méthanoïque a pour formule HCOOH, c’est l’acide du couple HCOOH/HCOO : la demi équation s’écrit dans le sens où elle se produit :

HCOOH = HCOO + H+

On ajoute les deux demi-équations puisqu’elles sont écrites dans le bon sens :

HCOOH + NH3 HCOO + NH4+

Le proton se simplifie de part et d’autre.

Exercice résolu 1

Énoncé

Une solution d’ions nitrite NO2 est utilisée comme conservateur en charcuterie. Elle est versée accidentellement dans de l’acide chlorhydrique H3O+ + Cl.

Écrire la réaction se produisant entre les ions nitrite et les ions oxonium H3O+ responsables de l’acidité de l’acide chlorhydrique.

Les couples mis en jeu sont HNO2/NO2 et H3O+/H2O.

Corrigé

On écrit les demi-équations acido-basiques dans le sens où elles se produisent :

HNO2/NO2 :  NO2 + H+ = HNO2

H3O+/H2O : H3O+ = H2O + H+

Soit : NO2 + H3O+  HNO2 + H2O

Exercice résolu 2

Énoncé

Un comprimé effervescent contient deux espèces acido-basiques. Dans le cas de l’aspirine effervescente, il y a l’acide acétylsalicylique noté HA, faisant partie du couple HA/A et des ions hydrogénocarbonate HCO3 faisant partie du couple CO2, H2O/HCO3.

Une réaction ne se produit que si on place le comprimé dans de l’eau, on observe alors une effervescence dans le verre.

1. Quelle espèce cède un proton ? Quelle espèce capte un proton ?

2. Quelles sont les espèces formées ?

3. Le dioxyde de carbone est peu soluble dans l’eau. Expliquer l’effervescence.

Corrigé

1. L’acide acétylsalicylique noté HA, cède un proton qui est capté par la base ion hydrogéno­carbonate HCO3.

2. Les espèces formées sont A et CO2, H2O, les espèces conjuguées de HA et HCO3.

3. Lorsque le cachet est placé dans le verre rempli d’eau, une réaction acido-basique se produit (qui ne se déroulait pas dans le cachet solide) formant du dioxyde de carbone, peu soluble dans l’eau, qui va donc partir sous forme gazeuse.

C L’évolution du pH


Le pH d’une solution aqueuse augmente lorsque la concentration en ion oxonium H3O+ diminue. Inversement, le pH d’une solution aqueuse diminue lorsque la concentration en ion hydrogène augmente.

Le pH est défini selon : pH = – log [H3O+] et [H3O+] = 10–pH pour un pH compris entre 1 et 13. [H3O+] est la concentration volumique en ions oxonium, exprimée en mol.L–1.

Exemple

La concentration volumique en ions oxonium d’une solution dont le pH = 4,6, vaut 
[H3O+] = 10–4,6 = 2,5 × 10–5 mol.L–1.

Exercice résolu

Énoncé

Deux lycéens discutent de la manière de contrôler le pH d’une piscine. Ils disposent de différentes solutions dans leur maison. La piscine est remplie de 150 m3 d’eau du robinet.

Léo : « Le pH de la piscine vaut 8,0 aujourd’hui : il est trop élevé. Si je verse un verre d’acide chlorhydrique de pH 2, le pH va directement diminuer de six unités ! »

Mathilde : « Si le pH est trop faible, nous pourrons toujours ajouter un peu d’eau de Javel, j’ai vu que c’est une solution basique. »

Corrigé

Léo commet une erreur : le volume d’eau contenu dans la piscine est grand ; en ajoutant de l’acide chlorhydrique, le pH va diminuer car la concentration en ions oxonium augmente, mais très faiblement. Le pH n’atteindra pas 2.

Mathilde a raison concernant la basicité de l’eau de Javel, mais celle-ci est toxique en trop forte concentration.

3La solubilisation

A L’extraction par un solvant


La solubilité d’une espèce dans un solvant est la masse maximale de l’espèce pouvant être dissoute par litre de solution. Elle s’exprime en gramme par litre (g.L1).

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Pour extraire une espèce chimique d’un mélange, on peut ajouter un solvant dans lequel la solubilité de l’espèce à extraire est plus grande que dans le milieu de départ. Le solvant ajouté et le mélange de départ ne doivent pas être miscibles. On peut ainsi les séparer en utilisant une ampoule à décanter.

On verse le mélange dans une ampoule à décanter. Après agitation et homogénéisation, on obtient deux phases. La phase la plus dense se trouve en dessous.

Exercice résolu 1

Énoncé

On souhaite extraire le diiode qui s’est répandu dans une solution aqueuse accidentellement. On dispose de deux solvants le dichlorométhane et l’éthanol. Sachant que le diiode est soluble dans le dichlorométhane et l’éthanol. L’eau est miscible avec l’éthanol mais pas avec le dichlorométhane, quel solvant faut-il choisir ?

Corrigé

L’éthanol ne permettra pas l’extraction du diiode car il est miscible à l’eau. Le choix se reporte donc forcément sur le dichlorométhane, bon solvant du diiode sans se mélanger à l’eau.

Exercice résolu 2

Énoncé

L’odeur de lavande provient en grande partie d’une molécule nommée éthanoate de linalyle. Il est possible d’obtenir une solution aqueuse hétérogène de cette espèce chimique par un procédé d’hydrodistillation : c’est une technique mise en œuvre par les parfumeurs.

On veut extraire la molécule odorante de cette solution.

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1. Pourquoi une solution aqueuse d’éthanoate de linalyle est-elle hétérogène ?

2. Quel solvant choisir pour réaliser cette extraction : cyclohexane ou éthanol ?

3. Représenter une ampoule à décanter après agitation et décantation en précisant bien les espèces chimiques présentes dans chaque phase.

Corrigé

1. Cette solution aqueuse est hétérogène car l’éthanoate de linalyle est peu soluble dans l’eau (voir tableau)

2. Le meilleur solvant pour réaliser cette extraction est le cyclohexane : l’éthanoate de linalyle est très soluble dans ce solvant et l’eau n’est pas miscible au cyclohexane contrairement à l’éthanol.

3. Schéma d’une ampoule à décanter :

La phase supérieure est la phase organique, elle contient le cyclohexane et l’éthanoate de linalyle qui a été extrait. La densité du cyclohexane est inférieure à celle de l’eau, donc l’eau se trouve en dessous : c’est la phase aqueuse.

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B Le solvant de nettoyage


Au sein de la maison, les solvants sont utilisés pour le nettoyage d’habits tachés (Eau écarlate ®), pour la dilution de peintures (white-spirit) ou pour enlever le vernis à ongles. Ils sont souvent à base de pétrole. Ils sont inflammables et toxiques.