Comment séparer des encres différentes avec un support et un solvant bien choisis ?
Les informations préalables à fournir avant d'expérimenter ( les connaissances préalables ) :

1. Quel support solide choisir , et selon quels critères physiques et chimiques ?
2. Quel solvant choisir : solvant unique ou mélange et selon quels critères chimiques ?
3. Comment définir la  solubilité d'un corps pur (substance) dans un solvant ?
4. Le coefficient de partage d'une substance entre deux solvants non miscibles.
5. Quel est le dispositif expérimental de cette séparation ?

La séparation des encres :

6. La séquence animée ( fichier gif animé ).

Les résultats obtenus :

7. Comment analyser les résultats.
8. Comment poser des questions qui induiront des réponses jugées bizarres ?
9. Comment interpréter les résultats ?

 
 

1. Quel support solide choisir , et selon quels critères physiques et chimiques ?
Le support doit être pratique et  bon marché avant tout.
Le support est souvent constitué d'une feuille d'aluminium
( souple, résistant, inerte / solvants utilisés, léger ).

Une face du support est recouverte par de la cellulose :

fibres végétales séchées et appliquées en couche mince sur l'aluminium.
La pâte à papier est choisie par le constructeur.
Ou bien une face du support est recouverte par une poudre de silice séchée 
et dont les grains sont calibrés par le constructeur.

La silice ou la cellulose ont la propriété d'adsorber (retenir à leur surface) l'eau.
Si bien, que dans le mécanisme de séparation sur couche mince de silice ou cellulose,
l'eau fixée sur l'adsorbant jouera le rôle d'une phase liquide fixe
( bien sûr si  l'eau est un des solvants utilisés dans la phase mobile).

La silice ou la cellulose sont inertes / molécules à séparer , elles vont , si l'eau est présente ,
retenir l'eau par création de liaisons chimiques à faible quantité d'énergie,
ou bien retenir les substances très hydrophiles par les mêmes types de liaisons dites faibles.
Ces adsorbants solides jouent alors le rôle de phase solide fixe (immobile) dans le mécanisme de séparation chimique.


 

2. Quel solvant choisir : solvant unique ou mélange et selon quels critères chimiques ?
Quel est l'origine des pigments colorés ?
Les encres sont constituées par des substances chimiques colorées préparées actuellement  par synthèse et autrefois à partir de matières premières d'origine végétale ( pastel, indigo, thé ) ou animale  ( cochenille, sang , jaune d' oeuf )  ou minérale ( charbon, argile, poudres minérales ).

Comment  solubiliser les pigments colorés ?
Les encres des stylos et des feutres peuvent être solubilisées de différentes façon :
Certains feutres sont dits lavables à l'eau :
les encres déposées par mégarde sur les tissus seront enlevées par lavage à l'eau.
D'autres sont dits effaçables à l'alcool ( à l' éthanol pour être plus exact ) :
on peut solubiliser ces encres dans l'éthanol.

Ainsi de façon très banale, pour enlever ou extraire une encre déposée sur un support 
( papier, mur, tissu, bois ) il faut employer un solvant approprié :
                      l'encre doit se solubiliser dans le solvant de nettoyage qui permettra 
                      de nettoyer la surface du support.
Ce nettoyage est une extraction chimique basée sur la solubilité d'une substance 
dans le solvant approprié.

Choix des solvants :
La connaissance préalable de la composition chimique des encres à analyser et à séparer facilitera le choix du solvant et des solvants de la phase liquide mobile.
Sinon de façon empirique il conviendra de sélectionner quelques feutres colorés :
         jaune, rouge, bleu, vert, noir, orange.
         et de tester quelques solvants butanol, acétone ou butanone.

Il est évident que la comparaison des résultats obtenus en réalisant en même temps différentes expériences utilisant des solvants organiques différents, permettra d'établir des interprétations intéressantes.


 
 
 

3. Solubilité :
3.1 Solubilité d'une molécule organique ( composée de C, H, O, N essentiellement ) dans l'eau :

    L'eau peut dissoudre une molécule organique, par création de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau ( H2O )  et les atomes d'oxygène ou d'azote présents dans les molécules du corps pur.

Remarque :  les ions se dissolvent dans l'eau par création d'un autre type de liaisons chimiques,
                    les liaisons de Van der Waals.

3.2 Solubilité d'une molécule organique ( composée de C, H, O, N essentiellement )
      dans les domaines hydrophobes des solvants organiques :

Les domaines hydrophobes ou non polaires des molécules organiques
à savoir les parties de la structure chimique composées de CARBONE et d' HYDROGENE uniquement, peuvent former des liaisons chimiques de type de Van der Waals
avec les domaines composés de C et H dans les molécules du solvant organique utilisé.

 

 
 

4. Le coefficient de partage d'une substance entre deux solvants non miscibles.
Soient deux solvants A et B non miscibles entre eux
( ils ne se mélangent pas et se séparent en 2 phases liquides de densités différentes ) ,

on définit le coefficient de partage d'une substance X entre ces deux solvants par le rapport des concentrations de

                                                                       [ X ] dans B
X dans chaque solvant :    coefficient   = -----------------
                                                                         [ X ] dans A

Quelle est la signification pratique de ce coefficient ?

Si le coef. pour X = 10     cela signifie que X est 10 fois plus soluble dans le solvant B que dans le solvant A.
Si le coef. pour X =   1     cela signifie que X est autant soluble dans le solvant B que dans le solvant A.
Si le coef. pour X = 0,10  cela signifie que X est 10 fois moins soluble dans le solvant B que dans le solvant A.

On définit souvent le coef. de partage par rapport à l'eau. ( solvant A ).
 


 

5. Le dispositif expérimental permettant la séparation :
ç Support solide :
     la poudre de silice.

é Le sens 
      de déplacement
    du solvant liquide.
    ( Butanol )
 

ç La ligne des dépôts.
ç Le solvant liquide
   dans la cuve au départ.

Début :

Les encres sont déposées 
sur une ligne parallèle à la base du support.

Le support est introduit dans une cuve en verre. 

Le niveau du solvant dans la cuve est situé de façon à ce 
qu' il soit situé sous la ligne de dépôt des encres.

On referme la cuve pendant l'ascension du solvant 
sur la plaque de séparation.



 
La cuve est fermée pour éviter 
la vaporisation des solvants 
parfois toxiques ou inflammables 
dans l'air extérieur.

Le support adsorbe le mélange de solvants 
par capillarité vers le haut.

La phase mobile ascendante entraînera
d'autant plus vers le haut les substances 
qu'elles seront  solubles dans celle-ci.

Sommaire de la ccm
Visualiser la séparation :  le dessin animé.

 
 
 
 

6. La séparation des encres sur couche mince de poudre de silice grâce à un solvant ascendant : 

ç Support solide :
     la poudre de silice.
é Le sens 
      de déplacement
    du solvant liquide.
  ( butanol )
 

 çLa ligne des dépôts.
ç Le solvant liquide
   dans la cuve au départ.
 

Début 
 
Séparation
Fin
Les questions sur le début :
les connaissances préalables.
 
Revoir le film de la
séparation.
Les questions sur les 
résultats obtenus :
Analyse et Interprétation.

 




 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


7. Comment analyser les résultats.
Analyse des résultats :

  Quand et pourquoi la séparation est-elle terminée ?

  Quel est le rôle du solvant ( butanol ) sur chaque encre ?

  Quelle est la composition des encres verte, orange, violette ?

  Pourquoi le jaune est-il situé en haut de la plaque ?

  Pourquoi le rouge est-il resté sur la ligne des dépôts ?

DEBUT
rouge  bleu  jaune  vert  orange  violet
FIN
rouge  bleu  jaune  vert  orange  violet
 Chacun peut proposer d'autres question sur l'analyse.

 

8. Comment poser des questions qui induiront des réponses jugées bizarres ?
Les réponses bizarres sont obtenues lorsque les questions sont présentées de façon saugrenues et déloyales vis à vis des étudiants néophytes ou ignorants en particulier sur la notion de SOLUBILITE.

Pour vous en convaincre, il suffit de présenter des questions avec un piège comme :

Pourquoi le jaune est-il monté en haut de la plaque ?
Pourquoi le rouge ne migre-t-il pas ?
Les réponses rapides sont très liées à la masse de la substance comme si on lançait en haut 
des cailloux de poids différents !
Le jaune migre jusqu'en haut car sa masse est plus petite que celle de l'encre rouge !

Le caractère déloyal est induit par le verbe monter, et les indications relatives à la hauteur.

Pour vous en convaincre, posez des questions ( avec un piège ) à l'aide d'un "verbe déloyal" :

Pourquoi telle encre est-elle entraînée ou pas par le solvant ?
Qui ou quoi réalise l'ascencion (la migration) dans cette méthode de séparation : 

sainte biochimie
le bleu lui-même
le prof
le machin
le solvant
un aimant caché dans le plafond
le trou d'ozone
Pour vous convaincre du caractère déloyal (même inconscient), posez des questions ( sans piège ) avec un verbe loyal :

Le verbe entraîner provoque l'idée d'une force d'attraction ascendante ici, or, est-ce bien le cas ?

Pourquoi ne pas poser la question correctement, à savoir :

Quelles sont les forces ( physico-chimiques) qui provoquent le déplacement 
(vers le haut) des encres ?

Mes remarques vous semblent peut-être déplacées ou bien reflétant une préoccupation didactique voire pédagogique ?
Utiliser le terme exact pour poser une question loyale est une démarche légitime.
Utiliser un terme confus, inexact, déloyal, pour poser une question devrait solliciter alors la conscience
de celui qui pose la question pour ajouter qu'il y a un piège dans la question et qu'il convient de le débusquer ( le piège hein, et pas le questionneur ) afin d'éviter de répondre de façon inappropriée.
 

 

 

9. Comment interpréter les résultats ?
Pourquoi les encres Verte, Orange et Violette ont-elles disparu ?

Justifier l'ordre de migration croissante du Rouge au Jaune.

Quel était le but de cette expérience ?

Comment faire migrer le Rouge ?

Pourquoi le Jaune migre-t-il aussi vite que le front du solvant sur le support ?

On peut établir un indice de migration (ou de séparation ) en mesurant :

H = distance parcourue par le front du solvant,
hi = distance parcourue par l'encre i,

On peut établir le rapport ( dit rapport frontal ou Rf ) qui représente l'indice de migration

                       hi
      indice = ----        pour chaque encre i. 
                       H
Que reflétera alors cet indice dans le contexte de cette expérience ?


 

10. les connaissances préalables.
Rappels :

Le support est constitué d'une 
couche mince de poudre de silice,
fixée sur une feuille d'aluminium.

Le support représente la phase fixe et solide
du système de séparation.

Le solvant est au départ placé dans une
cuve hermétique pour éviter de contaminer
l'environnement par des vapeurs toxiques.
Il monte par capillarité vers le haut de 
la face du support recouverte de silice.

Le solvant représente la phase mobile et liquide
du système de séparation.

Les aides méthodologiques :

Définir les termes :

Solubilité dans l'eau,
solubilité dans un solvant non polaire,
hydrophobe,
hydrophile,
capillarité,
adsorption,
solvant polaire,
solvant non polaire,
risque chimique,
toxique,
microméthode,
analyser,
interpréter,
justifier,
argumenter.


 
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La séparation animée
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Copyright : Thierry RUMMENS, professeur de biochimie, lycée Jolimont TOULOUSE.
email :   trummens@multimania.com