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HABITAT

Entretien et rénovation dans l’habitat

S.CALLEALycée Gay-Lussac

Programme Term STI2D/Term STL23 Mai 2012

Programme de Terminale STI2D et Terminale STL

Entretien et rénovation dans l’habitat

Notions et contenus Capacités exigibles

Réactions acide-base et transfert de protons.Solutions acides, basiques.pH

Solubilisation.Solvants de nettoyage.

Citer des produits d’entretien couramment utilisés dans l’habitat (détartrants, déboucheurs, savons, détergents, désinfectants, dégraissants, etc..) ; reconnaître leur nature chimique et leur précaution d’utilisation (étiquette, pictogramme). Définir les termes suivants : acide, base, couple acide-base. Ecrire une réaction acide-base, les couples acide-base étant donnés. Citer le sens de variation du pH en fonction de l’évolution de la concentration en H+(aq).

Choisir un solvant pour éliminer une espèce chimique à partir de données sur sa solubilité ou à partir d’une démarche expérimentale

Produits d’entretien utilisés dans l’habitat

Détartrant

Déboucheur

Dégraissant

Produit qui enlève les traces de graisse sur une surface.

Produit qui permet de déboucher une canalisation par réaction avec le bouchon Produit qui élimine la

formation de tartre

Désinfectant Savon - Détergent

Produit qui détruit les bactéries, les virus ou tout au moins les rend inactifs

Produit qui élimine les graisses, les salissures à la surface de matériaux, cheveux, corps humain



Que peuvent contenir des produits d’entretien ?

Produits d’entretien

Agents tensioactifs anionique, cationique,

zwitterionique, non ionique

Acides : Acide sulfurique H2SO4

Acide éthanoïque CH3COOH

Bases : Soude NaOH

Hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 (appelé improprement bicarbonate de soude)

Carbonate de disodium Na2CO3

(appelé improprement carbonate de soude ou cristaux de soude)

SolvantsHydrocarbureHydrocarbures aliphatiques (alcanes)Perchloroéthylène CCl2=CCl2

Trichloroéthylène CHCl=CCl2

Dichlorméthane

OxydantsEau oxygénée H2O2

Perborate de sodium NaBO3

Enzymes Elles dégradent les molécules organiques en plus petites.Lipases graissesProtéases taches protéinées (sang, herbe, …)

Autres : Phosphate, zéolithes Azurants optiques


Acides et Bases de Brönsted

Acide : un acide de Brönsted est une espèce chimique susceptible de céder un ion hydrogène H+.Un monoacide pourra céder un ion hydrogène H+. Un polyacide pourra céder plusieurs ions H+.Exemples :CH3COOH CH3COO- + H+

H3PO4 PO43- + 3H+

Base : une base de Brönsted est une espèce chimique susceptible de capter un ion hydrogène H+.Une monobase pourra capter un ion hydrogène H+. Une polybase pourra capter plusieurs ions H+. Exemples : NH3 + H+ NH4

+

CO32- + 2H+ H20 + CO2


Notions d’acides et bases conjugués :Lors de l’échange d’un ion H+ entre deux espèces, on définit la notion d’acide et de base conjugués. On parle de couple acido-basique.CH3COOH CH3COO- + H+ couple : CH3COOH/CH3COO-

Acide Base particule échangée

On parle pour cette équation de demi-équation protonique


Couples acide-base de l’eau, autoprotolyse :L’eau participe à deux couples dans lesquels elle joue soit le rôle d’acide soit le rôle de base.Les couples sont : H20/HO- et H3O+/H2OH2O HO- + H+(aq) et H2O + H+(aq) H3O+

Ampholyte ou Espèce amphotère : un ampholyte est une espèce amphotère. Il s’agit d’une espèce qui est un acide dans un couple et une base dans un autre couple. Exemples : eau H20,CO2 /HCO3

- et HCO3-/ CO3

2-


Réaction acide-base en solution aqueuse :Une réaction acido-basique fait intervenir deux couples acide/base. L’acide d’un couple libère un ion H+ pour le concéder à la base de l’autre couple.Exemple : réaction entre CH3COOH et HO- qui appartiennent aux couples CH3COOH/CH3COO- et H2O/HO-

CH3COOH CH3COO- + H+(aq)

HO- + H+(aq) H2O

CH3COOH + HO- CH3COO- + H2O Méthode pour écrire une réaction acido-basique : Identifier les deux couplesRepérer l’acide et la base qui réagissent. Attention, réaction entre un acide d’un couple et une base d’un autre couple.Ecrire les 2 demi-équations protoniques Sommer ces réactions, il s’agit d’éliminer les ions H+


Autoprotolyse de l’eau :Dans l’eau, il existe un équilibre appelé autoprotolyse de l’eau. 2H20 H3O+ + HO- K = Ke = 10-14

Cet équilibre se caractérise à 25 °C par une constante Ke appelée produit ionique de l’eau valant Ke = [H3O+].[HO-] = 10-14

Le bilan macroscopique de autoprotolyse de l’eau implique que : Si on forme x mol d’ions H3O+, on forme x mol d’ions HO- Dans l’eau pure, il y a autant d’ions H3O+ que d’ions HO- [H3O+] = [HO-] Ke = [H3O+].[HO-] = 10-14 = [H3O+]2 [H3O+] = [HO-] = 10-7 mol.L-1

Objectif : trouver une grandeur qui permet d’évaluer et de comparer les concentrations d’ions H3O+ et HO- dans les solutions.


Définition du pH :Le pH est une grandeur qui va donner une information sur la comparaison entre les concentrations des ions H3O+ et HO- .

H3O+ est l’acide conjugué de l’eau HO- est la base conjuguée de l’eau

Si [H3O+] > [HO-] l’acide conjugué de l’eau est en proportion plus importante que la base conjuguée de l’eau Solution dite acideSi [H3O+] < [HO-] la base conjuguée de l’eau est en proportion plus importante que l’acide conjugué de l’eau Solution dite basiqueSi [H3O+] = [HO-] la base conjuguée de l’eau est en proportion égale à l’acide conjugué de l’eauD’après l’autoprotolyse de l’eau : [H3O+] = [HO-] = 10-7 mol.L-1

Solution dite neutre


Définition du pH (solutions diluées) : pH = - log[H3O+]

Pour les solutions neutres, [H3O+] = [HO-] = 10-7 mol.L-1

pH = 7,0 Pour les solutions dite acides [H3O+] > 10-7 mol.L-1 > [HO-] pH < 7,0Pour les solutions dite basiques [HO-] > 10-7 mol.L-1 > [H3O+]pH > 7,0

pH

HO-

H3O+

0 7 14

Solution de plus en plus acide Solution de plus en plus basique

0 pH 14

pH acide – pH basique

Jus de citron pH = 2,4 – 2,6Cola pH = 2,5Vinaigre pH = 2,5 – 2,9Jus de pomme pH = 3,5Bière pH = 4,5Café pH = 5,0Thé pH = 5,5Lait pH = 6,5

Sang pH = 7,3 – 7,4Eau de mer pH = 8,0Savon pH = 9 - 10Chaux pH = 12,5


Influence de la dilution sur le pH d’une solution acide ou basique :

pH = - log[H3O+]

Si on dilue une solution acide, la concentration de H3O+ diminue donc pH augmente.Si on dilue une solution basique, la concentration en HO- diminue, le produit ionique implique que la concentration en ions H3O+ augmente donc pH diminue. Si on dilue fortement la solution acide ou basique, le pH tend vers 7,0, solution neutre.

Utilisation d’indicateurs colorés naturels

Indicateur naturel qui change de couleur suivant l’acidité du milieu

1767 : W.LEWIS emploie un extrait de tournesol pour quantifier l’acidité.

Papier de tournesol (rouge en milieu acide)

William Lewis (1714 – 1781) : chimiste et médecin anglais.

La mesure du pH

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fellow_of_the_Royal_Society

Utilisation d’indicateurs colorés naturels

Utilisation d’extraits de plantes qui changent de couleur avec l’acidité du milieu

La couleur du jus du chou rouge change nettement suivant la valeur de pH (rouge au jaune). Cela est dû à un anthocyane

Jus du chou rouge à différents pHAnthocyane du chou rouge

La mesure du pH

XIXème siècle : Utilisation d’indicateurs colorés synthétiques

L’essor de la chimie organique permet la synthèse d’indicateurs colorés dont les virages (changements de couleur) sont plus réduits mesures plus précises

Phénolphtaléine

Virage phénolphaléine (rose : milieu basique)

La mesure du pH

XIXème siècle : Utilisation d’indicateurs colorés synthétiques

S. CALLEA

La mesure du pH

Mesure du pH au XXème siècle

Utilisation de papier pH contenant des indicateurs colorés. Le papier pH mis en contact de la solution prend une coloration qui dépend du pH.

La mesure du pH

Mesure du pH au XXème siècle

Nature des électrodes permettant la mesure du pH : Il faut deux électrodes, une de mesure (électrode de verre) dont le potentiel dépend du pH et une de référence de potentiel constant (électrode au calomel par exemple)

1948 : Ingold propose une électrode combinée (comprenant électrode de verre + électrode de référence)

Une électrode de verre auquel il faut associer une électrode de référence

Electrode combinée

La mesure du pH


Exemple des détartrants : détruire le tartre Le tartre est du carbonate de calcium ou du carbonate de magnésium

Ca2+(aq) + CO32-(aq) = CaCO3(s)

Mg2+(aq) + CO32-(aq) = MgCO3(s)

Utilisation d’acide dans les produits d’entretien :

Tartre et tuyauterie bouchée


Pour dissoudre le tartre, on additionne de l’acide CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO3

2-(aq)

MgCO3(s) Mg2+(aq) + CO32-(aq)

Composition : Acide formique (HCOOH) 1 à 5 %Acide phosphorique 5 à 10 %C9- C11 pareth 8 (C9H19OC11H23) 1 à 5 %

H+ HCO3- ou

CO2

Déplacement d’équilibre

H+ HCO3- ou

CO2

Déplacement d’équilibre


Exemple des déboucheurs : détruire l’excès de corps gras

Utilisation de bases dans les produits d’entretien :

Ce sont souvent les corps gras (triglycérides) qui sont essentiellement responsables de l’obturation des éviers.

COCH2

CH O

CH2 O

C

C

(CH2)16

(CH2)16

(CH2)16

CH3

CH3

CH3

O

O

O

Stéarate de glycéryle

triester

Issu du glycérol


COCH2

CH O

CH2 O

C

C

C17H35

C17H35

C17H35

O

O

O

OHCH2

CH OH

CH2 OH

C O

O

C17H35 + 3 (Na+ + HO-) +3 + Na+

Insoluble dans l'eaubouchon

Soluble dans l'eauSoluble dans l'eau

Pourquoi utiliser de la soude concentrée ?

Réaction de saponification des corps gras :

Composition : Contient de l’hydroxyde de sodium (Soude caustique), solution 10 % à 20 %


Utilisation de solvants dans les produits d’entretien :

Pour comprendre l’utilisation et le choix d’un solvant, il convient de connaître :

les propriétés physiques et chimiques des solvants

Fonction d’un solvant : dissoudre, diluer une espèce chimique sans modifier chimiquement l’espèce.


Solvant

Solvant polaire Solvant apolaire

Solvant polaire

protique

Solvant polaire

aprotique

Solvant apolaireaprotique


Echelle d’électronégativité (selon Pauling)

1 2 13 14 15 16 17H2,2Li1,0

Be1,6

B2,0

C2,6

N3,0

O3,4

F4,0

Na0,9

Mg1,3

Al1,6

Si1,9

P2,2

S2,6

Cl3,2

Polarisation des liaisons C-Atome

Liaison polarisée avec C porteur d’une charge

partielle négativeLiaison non polarisée

Liaison polarisée avec C porteur d’une charge

partielle positive

C H

C C

C Mg

C Na

-

- +

+

C O

C Cl

-

-+

+C N

C F

-

-+

+


Polarisation des liaisons

Atome P de

charges partielles positives

(+e)

Atome N de charges partielles négatives

(-e)

P-N+e -e

Si existence d’un moment dipolaire solvant polaire

Pas de Polarisation des liaisons

A-BSolvant apolaire

.eNP �� Moment dipolaire :


Exemples :

Solvants polaires Solvants apolaires

OH

H

C

O

CH3H3C

OEt

H

eau propanone

éthanol

2-

+

+ +

-

2-

+

+

cyclohexane

C

Cl

ClCl

Cl+

- -

-

-

moment dipolaire nul

tétrachlorométhane


Solvant polaire

Solvant polaire

protique

Solvant polaire

aprotique

Solvant protique : solvant capable de céder un proton H+.Solvant aprotique : solvant qui ne peut céder un proton H+.Un solvant apolaire ne pourra céder de H+ donc il est apolaire.

Solvants polaires protiques Solvants polaires aprotiques

H2O HO- + H+

EtOH EtO- + H+

OH

H

OEt

H

eau éthanol

2-

+

+ 2-

+

+

C

O

CH3H3C

propanone

+

-


Solubilité des espèces et nature des solvants :

« Qui se ressemble, s’assemble »

Composés polaires :Les composés polaires auront une solubilité plus importante dans les solvants polairesInteraction de Van der Waals polaire/polaire (Keesom)

H3C C

O

OH

groupement polairedonc soluble dans l'eau, l'éthanol, la propanone


Composés ioniques :Les composés ioniques sont insolubles dans les solvants apolaires.Les composés ioniques sont solubles dans l’eau.

CationsInteraction cation- site +

du solvant

Solubilisation dans solvant polaire

Anions

• Interaction cation- site -

du solvant• Liaison H avec H du solvant

Solubilisation dans solvant polaire et très bonne dans solvant polaire protique


Composés apolaires :Les composés apolaires sont solubles dans les solvants apolaires et insolubles dans les solvants polaires.

Soluble dans le cyclohexane Insoluble dans l’eau, l’éthanol


H3C C

O

OH

O

OH

O

OH

Solubilité danssolvants polairesqui augmente

Solubilité danssolvants apolairesqui augmente

Composés comportant des groupements apolaires, et des groupements polaires :

Plus la chaîne carbonée augmente, plus la solubilité dans solvant polaire diminue et plus la solubilité dans solvant apolaire augmente.


Exemple de dégraissants : l’eau écarlate

Utilisation de solvants dans les produits d’entretien :

Composition : Mélange de solvants aliphatiques (hydrocarbures apolaires à nbre de C (C5 à C20)

Fonction« Le détacheur liquide instantané d’Eau EcarlateProfessionnel élimine en douceur taches et salissures puis s’évapore en laissant un léger parfum.Nettoie, ravive, rafraîchit et élimine en toute sécurité les taches fraîches, incrustées, grasses, collantes et enlève les traces de goudron, cambouis, résine… »


Composants Solvants polaires aprotiquesMatières grasses :

Solubles dans les solvants aliphatiques

Camboui Soluble dans les solvants aliphatiques

Goudron : Hydrocarbures aromatiques

polycycliques

Soluble dans les solvants aliphatiques

COCH2

CH O

CH2 O

C

C

(CH2)16

(CH2)16

(CH2)16

CH3

CH3

CH3

O

O

O


Exemple nettoyants four : 5 à 15 % d’hydrocarbures aliphatiques (éliminer les graisses du four)


Utilisation de tensioactifs dans les produits d’entretien :Qu’est-ce qu’un tensioactif ?Molécule possédant : Une partie polaire hydrophile (-SO3

- ; -NH4+ ; -OH)

Une partie apolaire hydrophobe (chaîne hydrocarbonée)

Molécule dite amphiphileExemple :

Tensioactifcationique

Tensioactifanionique

Tensioactifzwiterrionique

Tensioactifnon ionique


Position du problème : Tâche d’huile

Tissu

Interactions chimiques salissure/tissu :

Interaction électrostatique Liaison Hydrogène

Dépôt de la tâche de graisse :


Le système tend à minimiser les surfaces entre milieu Forces interfaciales appelées tensions superficielle

FA : tension superficielle fibre – airHA : tension superficielle huile – airFH : tension superficielle fibre – huile

Equilibre mécanique : FA = HAcos + FH


Action du tensioactif dans le bain lessiviel :

Addition du tensioactif

Partie polaire vers l’eau, partie apolaire vers la graisse, l’huile

Décollement de la tache par rapport au tissu


Explication :

Ajout eau + Tensioactif

FH Feau

Heau

Feau = Heaucos + FH

Introduction du tensiactif : Diminution de Feau et Heau

Constance de FH

Pour maintenir l’équilibre : augmente


2 cas possibles :

< 90 °C const et poids de la goutte goulot d’étranglement et détachement partiel de la matière grasse

> 90 °CDétachement de la matière grasse


Utilisation des agents de blanchiment dans les produits d’entretien :Certaines taches colorées ou salissures maigres ne peuvent être enlevées du tissu par des mécanismes physiques. Utilisation des agents de blanchiment capables de décolorer irréversiblement les systèmes colorés par une réaction chimique, leplus souvent une oxydationAgents de blanchiment : composés capables de libérer in situ des formes activées de H2O2 . Exemple :

Composition : Agent de surface moins de 15 %Agent de blanchiment moins de 5 %Azurants optiques < 5 %


Utilisation des azurants : « Lave plus blanc que blanc » Molécule qui absorbe dans l’UV ( < 400 nm)

La lumière réémise est de couleur bleue. Certaines fibres naturelles (ex : cellulose) absorbent le bleu et ont une couleur jaunâtre. Avec un azurant qui renvoie une onde dans le bleu, l’impression de blanc est retrouvée.

Protection dans l’utilisation des produits d’entretien

Les produits d’entretien doivent être utilisés avec précaution.

Etiquettes

Conseils d’utilisation :Eviter le contact avec

les yeux, …

Conduites à tenir en cas d’accident :

Rincer abondamment avec l’eau

Pictogrammes

Protection dans l’utilisation des produits d’entretien

Inflammable (combustible)

CorrosifToxique, irritantDangereux pour l’environnement

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Documents