Composition d'une lessive : tensioactif, azurant, enzyme. Concours Caplp maths sciences 2014

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.



.


.
.


Le savon.
Proposer une expérience simple qui montre les effets du savon sur la tension superficielle de l'eau.
On qualifie une espèce chimique amphiphile de tensioactif en raison de son action sur la tension de surface d'un liquide. Pour montrer le phénomène de tension de surface et l'effet d'un tensioactif, une expérience simple peut être réalisée avec un trombone, un cristallisoir, de l'eau et du liquide vaisselle.
La tension superficielle est la force qu'il faut appliquer à un liquide pour provoquer l'extension de sa surface.
Tout objet en contact avec la surface d’un liquide est soumis à une force de tension superficielle exercée par le liquide.
On pose doucement un trombone à la surface de l'eau, puis on ajoute du liquide vaisselle : le trombone coule.
Décrire sous forme de schémas annotés l'action d'un détergent sur une salissure.
Les tensioactifs sont des espèces chimiques amphiphiles constituées d'une partie hydrophile et d'une partie hydrophobe ( lipophile).
Hydrophile : ami de l'eau ( qui a une affinité pour l'eau ) ;  hydrophobe : ennemi de l'eau ; amphiphile : l'espèce possède à la fois une partie amphiphile et une autre partie hydrophobe.
Structure générale des tensioactifs.

Propriétés détergentes d'un tensiactif.

La partie B se trouve dans l'eau : partie hydrophile du tensioactif.
Proposer une rémédiation à l'erreur d'expérimentation présentée dans le document suivant.
Un professeur décide de fabriquer un savon par saponification d'un corps gras. Dans un ballon, équipé d'un dispositif de chauffage à reflux,  il introduit 10 g d'un composé A et 20 mL d'un composé B e concentration cb, 10 mL d'éthanol et quelques grains de pierre ponce. Le mélange est chauffé pendant 40 min.  A l'issue de ce chauffage, le mélange réactionnel ne prend pas en masse comme il s'y attendait.
Etape 2 : préparer un becher de 100 mL d'eau et 20 g de chlorure de sodium ;
à la fin du chauffage verser le mélange chaud dans le becher contenant l'eau salée froide.
Etape 3 : fFiltrer sur Büchner ; récupérer le savon et sécher.
Le montage expérimental utilisé lors de la première étape de la préparation d'un savon est schématisé ci-dessous :


Nommer les trois éléments a, b et c du montage.
a : réfrigérant à eau ; b : ballon ; 3 : chauffe ballon.
Donner la signification des deux flèches 1 et 2 indiquées sur le montage.
1 : entrée de l'eau ; 2 : sortie de l'eau.
Proposer les noms d'usage courant des réactifs A et B, préciser le rôle de l'éthanol et de la pierre ponce.
A est un triglycéride ou une huile de table ; B est de l'hydroxyde de sodium ou de potassium. L'huile est très peu soluble dans l'eau, beaucoup plus dans le mélange eau éthanol. Les réactifs se trouvent ainsi dans la même phase.
La pierre ponce régularise l'ébullition.
Préciser les caractéristiques de cette réaction. De quelles manières peut-on rendre totale une réaction partielle ?
La saponification est lente, mais totale.
En utilisant un excès de réactif ou en éliminant l'un des produits au fur et à mesure de son apparition, on déplace l'équilibre dans le sens direct d'une réaction partielle.
.
.



Les azurants optiques.
En classe de seconde, l'enseignant propose aux élèves d'identifier par chromatographie la présence d'azurants optiques dans les lessives.
Expliquer le principe de la chromatographie sur couche mince.
La chromatographie sur couche mince ( CCM) permet de déparer et d'identifier les constituants d'un mélange.
Il faudra deux espèces pures, l'acide salicylique et l'aspirine, servant de référence. Le troisième dépôt sera réalisé à partir du milieu réactionnel.
Si les espèces sont incolores, mais absorbe dans le proche UV, on peut les révéler sous lampe UV.

éluant : mélange cyclohexane acétone

Sur la plaque de silice on effectue trois dépôts à l'aide de capillaires

A : cristaux obtenus par synthèse

B : aspirine pure ; C : acide salicylique

Après révélation sous lampe UV ( 254 nm) on obtient le chromatogramme ci-contre, en cours de synthèse.
en cours de synthèse :
à l'état final.
Expliquer à l'aide d'un schéma la structure tétraèdrique de l'ion silicate SiO44-.
Les atomes d'oxygène se disposent le plus loin possible des uns des autres : dans ce cas les répulsions entre charges négatives sont minimales. La géométrie tétraèdrique permet de minimiser ces répulsions.


Déterminer le degré d'oxydation du silicium dans l'ion silicate.
n.o(Si) + 4*(-2) = -4 ; n.o(Si )= 4.
Expliquer le phénomène optique mis en jeu lorsque les molécules d'azurants optiques sont déposées sur le linge au cours du lavage.
Les azurants optiques s'accrochent aux fibres textiles, absorbent le rayonnement ultraviolet et le réémettent en lumière visible par fluorescence, ce qui donne au linge une coloration légèrement bleutée et renforce l'impression de blancheur.
Décrire le spectre continu correspondant à une lumière blanche.



On observe un spectre continu contenant toutes les couleurs de l'arc en ciel.
Proposer un scénario pédagogique permettant d'expliquer à des élèves de première bac pro la couleur des objets.
Comment sont obtenues les couleurs  sur un écran d'ordinateur ?


Le mode de représentation RVB( rouge, vert, bleu ) est le plus utilisé pour la restitution de l'image. L'image est composée d'une matrice de points appelés pixels. Un pixel est composé de trois couleurs ( le rouge, le vert, le bleu). Le mode de composition des couleurs se fait par addition des couleurs. En jouant sur l'intensité de chacune d'elle, on peut recréer les autres couleurs.
La rétine de l'oeil contient 3 types de cônes sensibles soit à la lumière  rouge, soit au vert soit au bleu ainsi que des bâtonnets sensibles à l'intensité lumineuse. La perception des couleurs par la rétine utilise le principe de la trichromie.
La synthèse additive résulte de la superposition de lumières colorées. En superposant des lumières colorées, le cerveau en perçoit une nouvelle.
Expériences : superposer les trois lumières primaires, agir sur leur intensité lumineuse respective et noter la couleur perçue.

Les couleurs sont dites complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc.
* l'addition des trois couleurs primaires donne du blanc * l'absence de couleur donne du noir
* l'addition de deux couleurs primaires conduit aux couleurs secondaires :
rouge + vert donnent le jaune ; rouge + bleu donnent le magenta ; bleu + vert donnent le cyan
Un corps éclairé en lumière blanche est jaune car :

• il absorbe toutes les couleurs sauf le jaune.

• il renvoie toutes les couleurs sauf le bleu, couleur complémentaire du jaune.
  La couleur perçue lorsqu'on observe un objet dépend de l’objet lui-même et de la lumière qui l’éclaire.
Tableau d’observation :

couleur de l'objet en lumière blanche
couleur d'éclairage
couleur observée
rouge (absorption du vert et du bleu ; diffuse le rouge
jaune( soit rouge + vert)
rouge
rouge
vert ou bleu
noir
blanc ( diffuse toutes les couleurs)
rouge + bleu
magenta

Le cyan est la couleur complémentaire du rouge.
Indiquer la couleur de la tomate éclairée en lumière rouge.
La tomate diffuse le rouge ; elle absorbe le bleu et le vert.
Eclairée en lumière rouge, elle paraît rouge.
Eclairée en lumière bleue, indiquer pourquoi la tomate paraît noire.
La tomate absorbe le bleu ; éclairée en lumière bleue, elle absorbe cette lumière et ne diffuse aucune lumière : elle paraît noire.
Argumenter des avantages et des inconvénients de l'usage de logiciel de simulation dans l'expérimentation.
La simulation doit compléter l'expérience. La simulation permet de développer chez l'élève une meilleure compréhension des sciences expérimentales : un élève peu se familiariser avec un modèle complexe et étudier les conséquences en modifiant toutes sortes de conditions.
Mais un modèle a des limites de validité et si on en sort on peut aboutir à des absurdités.

.

Les enzymes.
Rappeler ce qu'est une protéine, un pentapeptide.
Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une ou plusieurs chaines d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques.
Un pentapetide comporte 5 aminoacides.
 Justifier que la spectroscopie RMN soit plus adaptée que la spectroscopie IR pour distinguer la leucine de la valine.
La valine et la leucine possèdent les mêmes fonctions chimiques : acide carboxylique et amine. La spectroscopie IR est donc peur adaptées pour les distinguer.
 La valine et la leucine ne possèdent pas le même nombre de protons équivalents. La RMN est plus apropriée pour les distinguer.

 Donner les formes acido-basiques de la valine et proposer la formule la plus probable dans l'eau de lavage utilisée.
(CH3)2 CH-CH(NH3+)-COOH prédomine à pH <2,4.
(CH3)2 CH-CH(NH3+)-COO- prédomine à 2,4 <pH < 9,7.
(CH3)2 CH-CH(NH2)-COO- prédomine à pH > 9,7.
Compléter l'équation de la réaction d'estérfication et donner l'ordre de grandeur de l'énergie de liaison de la liaison d'intérêt formée.

Energie de liaison de la liaison C-O ~350 kJ /mol.
Identifier les sites nucléophiles et électrophiles de C et D, puis représenter par une flèche le déplacement d'électrons qui traduit la formation de la liaison d'intérêt.
L'atome d'oxygène du groupe hydroxy de l'alcool et le site nucléophile. L'atome de carbone du groupe carboxyle est le site électrophile.

Compléter l'équation entre E et F.

La formation d'un amide à partir d'un acide carboxylique et d'une amine est défavorable. Elle résulte comme l'estérification d'une attaque nucléophile sur le carbone du groupe carboxyle. La réaction est lente et limitée. La liaison Carbone - Azote possède un caractère partiel de double liaison.
Les amides sont généralement obtenu par aminolyse des chlorures et anhydrides d'acides.
Donner la formule semi-développée du pentapeptide Val-His-Leu-Thr-Pro.


Compléter les structures du a-D-glucose en faisant apparaître les substituants pour les deux rerésentations de Cram et stéréochimique.

Donner la configuration R ou S du carbone asymétrique repéré par un astérisque.
Numéroter de façon décroissante chacun des quatre substituants selon son numéro atomique.
On place alors l'atome (ou le groupement) de numéro le plus élevé derrière.
On regarde dans quel sens, sens horaire ou trigonométrique, on passe du numéro 1, au 2, au 3.
- Si le sens de rotation est le sens horaire (ou anti-trigonométrique), le carbone est Rectus (R),
- Si le sens de rotation est le sens trigonométrique (ou anti-horaire), le carbone est Sinister (S).
 
Le carbone n°1 est S.
Préciser le nom de la liaison formé entre deux molécules de glucose au sein de l'amidon.
La liaison osidique est une liaison covalente entre un groupe hydoxyle du carbone hémiacétalique d'un ose et un groupe acide ( hydrogène libre) d'une autre molécule.
Expliquer en quelques lignes le mode d'action des enzymes dans les lessives.
Les enzymes dégradent les molécules organiques en conduisant à des molécules plus petites. Les enzymes sont efficaces en petite quantité et à basse température. Ce sont des catalyseurs permettant d'utiliser moins de lessive.


.




  

menu