Coefficient
de partage, extraction simple ou multiple.
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D�termination d'un coefficient de partage.
L'acide salicylique est un solide blanc l�g�rement soluble dans l'eau : 1,8 g / L � 25�C.
1. Justifier la l�g�re solubilit� dans l'eau de l'acide salicylique.
L'eau et l'acide salicylique sont des mol�cules polaires. Plus les
interactions entre solvant et solut� sont grandes, plus la solubilit�
est grande. Le cycle benz�nique apolaire tend � limiter la solubilit�
dans l'eau. Par contre les groupes OH et CO2H peuvent former des liaisons hydrog�ne avec l'eau.
2. L'acide 4-hydroxybenzo�que est plus soluble dans l'eau que l'acide salicylique ( 5 g / L � 25�C). Interpr�ter qualitativement.
Dans le cas de l'acide salicylique, l'existence de liaisons hydrog�ne intramol�culaire conduit � moins de liaisons H avec l'eau.
Avec l'acide 4-hydroxybenzo�que, les liaisons hydrog�ne
intramol�culaires sont impossibles. Il d�veloppe un plus grand nombre
de liaisons H avec l'eau. Ainsi sa solubilit� dans l'eau est plus
importante que celle de l'acide salicylique.
On se propose de d�terminer le coefficient de partage de l'acide
salycilique entre l'eau et le dichlorom�thane, solvant organique non
miscible � l'eau. On note L l'acide salicylique. Les ions fer(III)
forment un complexe de couleur violette avec un seul ligand L, not�
symboliquement FeL. La r�action de complexation est quantitative.
Lorsqu'une solution aqueuse d'acide salicylique est agit�e en pr�sence
de dichlorom�thane, il s'�tablit un �quilibre de partage symbolis� par
l'�quation : L(aq) = L(org).
Le coefficient de partage P de l'acide salicylique entre les deux solvants est d�fini par P = [L]org / [L]aq o� [L]org et [L]aq sont les concentrations respectives de L en phase organique et en phase aqueuse.
Protocole. Partie 1, trac� d'une courbe d'�talonnage.
On dispose d'une solution not�e F de chlorure de fer(III) (0,1 mol / L)
dans l'acide chlorhydrique � 1 mol / L et de solution aqueuses Si de L � diff�rentes concentrations Ci.
Solutions Si
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S0
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S1
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S2
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S3
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S4
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Ci(mol / L)
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1,00 10-3
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8,0 10-4
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6,0 10-4
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4,0 10-4
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2,0 10-4
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Pr�parer les m�langes suivants : 10,0 mL de Si +2,0 mL de F. On obtient les solutions S'i.
Faire aussi le m�lange : 10,0 mL d'eau + 2,0 mL de F. Cette solution servira de "blanc" pour les mesures d'absorbance.
Le spectre d'absorption de la solution S'0 pr�sente un maximum d'absorption � 532 nm.
A cette longueur d'onde, faire la "blanc", puis mesurer les absorbances Ai des solution S'i.
Une r�gression lin�aire de la courbe Ai = f(Ci) donne le r�sultat suivant ; Ai = a Ci avec a = 410 L mol-1.
Protocole. Partie 2, d�termination du coefficient de partage.
Dans une ampoule � d�canter, verser Vaq = 25,0 mL de la solution aqueuse S0 et Vorg
= 30,0 mL de dichlorom�thane. Bien agiter en d�gazant r�guli�rement.
Laisser d�canter, puis pr�lever 10,0 mL de la phase aqueuse et ajouter
2,0 mL de solution F. L'absorbance de la solution vaut 0,193.
3. D�terminer la valeur du coefficient de partage P en expliquant la d�marche.
[L]aq = A / 410 = 0,193 / 410 = 4,7 10-4 mol / L.
Quantit� de mati�re de L restant en solution aqueuse : naq =[L]aq Vaq =4,7 10-4 x 25,0 10-3 = 1,175 10-5 mol.
Quantit� de mati�re initiale de L : n0 =Vaq C0 = 25,0 10-3 x1,00 10-3 =2,50 10-5 mol.
Quantit� de mati�re de L en solution organique : n0-naq =2,50 10-5 -1,175 10-5 =1,325 10-5 mol.
[L]org = 1,325 10-5 / (30,0 10-3)=4,417 10-4 mol / L.
P = [L]org / [L]aq =4,417 10-4 / (4,7 10-4) ~ 0,94.
4.
D�terminer la valeur du rendement de cette extraction, d�fini comme le
rapport de la quantit� de L extraite � la quantit� de L introduite.
1,325 10-5 / (2,50 10-5) ~0;53 ( 53 %).
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Comparaison de l'efficacit� d'une extraction simple et d'une extraction multiple.
5. Extraction simple : soit un volume Vaq de phase aqueuse contenant n0 mol de L. On l'agite dans une ampoule � d�canter avec un volume Vorg
d'un solvant organique non miscible � l'eau. Apr�s s�paration des deux
phases, la phase aqueuse contient n mol de L. Exprimer n en fonction de
n0, Vaq, Vorg et du coefficient de partage P entre les deux solvants.
Quantit� de mati�re initiale de L : n0 =Vaq C0.
Quantit� de mati�re de L restant en solution aqueuse : n : [L]aq =n / Vaq.
Quantit� de mati�re de L en solution organique : n0-n ; [L]org =(n0-n) / Vorg.
P = [L]org / [L]aq =(n0-n)Vaq /(n Vorg) ;
n Vorg P = (n0-n)Vaq ; n = n0 Vaq / (Vorg P +Vaq ).
n = n0 / [1+P Vorg / Vaq ].
6. Extraction multiple : soit un volume Vaq de phase aqueuse contenant n0 mol de L. On l'agite dans une ampoule � d�canter avec un volume vorg =Vorg / k d'un solvant organique non miscible � l'eau. On extrait une premi�re fois. Apr�s s�paration des deux phases, la phase aqueuse contient n1 mol de L. Cette phase aqueuse est extraite une deuxi�me fois avec le m�me volume vorg de solvant organique : apr�s s�paration des deux phases, la phase aqueuse contient n2 mol de L. Apr�s k extractions analogues, la phase aqueuse contient nk moles de L. Exprimer n1, n2 puis nk en fonction de n0, Vaq, Vorg, P et k.
Premi�re extraction : remplacer Vorg par Vorg / k dans l'expression pr�c�dente.
n1 = n0 / [1+P Vorg / (kVaq )].
Seconde extraction : remplacer n0 par n1 : n2 = n1 / [1+P Vorg / (kVaq )].
n2 = n1 / [1+P Vorg / (kVaq )].
n2 = n0 / [1+P Vorg / (kVaq )]2.
ki�me extraction : nk = n0 / [1+P Vorg / (kVaq )]k.
7. Conclure sur l'efficacit� d'une seule extraction par rapport � une extraction multiple.
On pose x =P Vorg / (kVaq ) > 0.
[1+P Vorg / (kVaq )]k=(1+x)k > 1+kx.
nk < n.
L'extraction est d'autant plus efficace qu'il reste moins de L en solution aqueuse.
L'extraction multiple est plus efficace que l'extraction simple.
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