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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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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-
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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+
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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.
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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 %
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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.
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
Solvant
Solvant polaire Solvant apolaire
Solvant polaire
protique
Solvant polaire
aprotique
Solvant apolaireaprotique
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
-
-+
+
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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 :
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
+
-
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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.
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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… »
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
Exemple nettoyants four : 5 à 15 % d’hydrocarbures aliphatiques (éliminer les graisses du four)
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
Position du problème : Tâche d’huile
Tissu
Interactions chimiques salissure/tissu :
Interaction électrostatique Liaison Hydrogène
Dépôt de la tâche de graisse :
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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 %
Produits d’entretien utilisés dans l’habitat
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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