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HABITAT Entretien et rénovation dans lhabitat S.CALLEA Lycée Gay-Lussac Programme T erm STI2D/T erm STL 23 Mai 2012.

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1 HABITAT Entretien et rénovation dans lhabitat S.CALLEA Lycée Gay-Lussac Programme T erm STI2D/T erm STL 23 Mai 2012

2 Programme de Terminale STI2D et Terminale STL Entretien et rénovation dans lhabitat Notions et contenusCapacités exigibles Réactions acide-base et transfert de protons. Solutions acides, basiques. pH Solubilisation. Solvants de nettoyage. Citer des produits dentretien couramment utilisés dans lhabitat (détartrants, déboucheurs, savons, détergents, désinfectants, dégraissants, etc..) ; reconnaître leur nature chimique et leur précaution dutilisation (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 lévolution de la concentration en H + (aq). Choisir un solvant pour éliminer une espèce chimique à partir de données sur sa solubilité ou à partir dune démarche expérimentale

3 Produits dentretien utilisés dans lhabitat 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

4 DésinfectantSavon - 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 dentretien utilisés dans lhabitat

5 Que peuvent contenir des produits dentretien ? Produits dentretien Agents tensioactifs anionique, cationique, zwitterionique, non ionique Acides : Acide sulfurique H 2 SO 4 Acide éthanoïque CH 3 COOH Bases : Soude NaOH Hydrogénocarbonate de sodium NaHCO 3 (appelé improprement bicarbonate de soude) Carbonate de disodium Na 2 CO 3 (appelé improprement carbonate de soude ou cristaux de soude) Solvants Hydrocarbure Hydrocarbures aliphatiques (alcanes) Perchloroéthylène CCl 2 =CCl 2 Trichloroéthylène CHCl=CCl 2 Dichlorméthane Oxydants Eau oxygénée H 2 O 2 Perborate de sodium NaBO 3 Enzymes Elles dégradent les molécules organiques en plus petites. Lipases graisses Protéases taches protéinées (sang, herbe, …) Autres : Phosphate, zéolithes Azurants optiques

6 Produits dentretien utilisés dans lhabitat 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 : CH 3 COOH CH 3 COO - + H + H 3 PO 4 PO H + 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 : NH 3 + H + NH 4 + CO H + H CO 2

7 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Notions dacides et bases conjugués : Lors de léchange dun ion H + entre deux espèces, on définit la notion dacide et de base conjugués. On parle de couple acido- basique. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + couple : CH 3 COOH/CH 3 COO - Acide Base particule échangée On parle pour cette équation de demi-équation protonique

8 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Couples acide-base de leau, autoprotolyse : Leau participe à deux couples dans lesquels elle joue soit le rôle dacide soit le rôle de base. Les couples sont : H 2 0/HO - et H 3 O + /H 2 O H 2 O HO - + H + (aq) et H 2 O + H + (aq) H 3 O + Ampholyte ou Espèce amphotère : un ampholyte est une espèce amphotère. Il sagit dune espèce qui est un acide dans un couple et une base dans un autre couple. Exemples : eau H 2 0,CO 2 /HCO 3 - et HCO 3 - / CO 3 2-

9 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Réaction acide-base en solution aqueuse : Une réaction acido-basique fait intervenir deux couples acide/base. Lacide dun couple libère un ion H + pour le concéder à la base de lautre couple. Exemple : réaction entre CH 3 COOH et HO - qui appartiennent aux couples CH 3 COOH/CH 3 COO - et H 2 O/HO - CH 3 COOH CH 3 COO - + H + (aq) HO - + H + (aq) H 2 O CH 3 COOH + HO - CH 3 COO - + H 2 O Méthode pour écrire une réaction acido-basique : Identifier les deux couples Repérer lacide et la base qui réagissent. Attention, réaction entre un acide dun couple et une base dun autre couple. Ecrire les 2 demi-équations protoniques Sommer ces réactions, il sagit déliminer les ions H +

10 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Autoprotolyse de leau : Dans leau, il existe un équilibre appelé autoprotolyse de leau. 2H 2 0 H 3 O + + HO - K = K e = Cet équilibre se caractérise à 25 °C par une constante K e appelée produit ionique de leau valant K e = [H 3 O + ].[HO - ] = Le bilan macroscopique de autoprotolyse de leau implique que : Si on forme x mol dions H 3 O +, on forme x mol dions HO - Dans leau pure, il y a autant dions H 3 O + que dions HO - [H 3 O + ] = [HO - ] K e = [H 3 O + ].[HO - ] = = [H 3 O + ] 2 [H 3 O + ] = [HO - ] = mol.L -1 Objectif : trouver une grandeur qui permet dévaluer et de comparer les concentrations dions H 3 O + et HO - dans les solutions.

11 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Définition du pH : Le pH est une grandeur qui va donner une information sur la comparaison entre les concentrations des ions H 3 O + et HO -. H 3 O + est lacide conjugué de leau HO - est la base conjuguée de leau Si [H 3 O + ] > [HO - ] lacide conjugué de leau est en proportion plus importante que la base conjuguée de leau Solution dite acide Si [H 3 O + ] < [HO - ] la base conjuguée de leau est en proportion plus importante que lacide conjugué de leau Solution dite basique Si [H 3 O + ] = [HO - ] la base conjuguée de leau est en proportion égale à lacide conjugué de leau Daprès lautoprotolyse de leau : [H 3 O + ] = [HO - ] = mol.L -1 Solution dite neutre

12 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Définition du pH (solutions diluées) : pH = - log[H 3 O + ] Pour les solutions neutres, [H 3 O + ] = [HO - ] = mol.L -1 pH = 7,0 Pour les solutions dite acides [H 3 O + ] > mol.L -1 > [HO - ] pH < 7,0 Pour les solutions dite basiques [HO - ] > mol.L -1 > [H 3 O + ] pH > 7,0 0 pH 14

13 pH acide – pH basique Jus de citron pH = 2,4 – 2,6 Cola pH = 2,5 Vinaigre pH = 2,5 – 2,9 Jus de pomme pH = 3,5 Bière pH = 4,5 Café pH = 5,0 Thé pH = 5,5 Lait pH = 6,5 Sang pH = 7,3 – 7,4 Eau de mer pH = 8,0 Savon pH = Chaux pH = 12,5

14 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Influence de la dilution sur le pH dune solution acide ou basique : pH = - log[H 3 O + ] Si on dilue une solution acide, la concentration de H 3 O + diminue donc pH augmente. Si on dilue une solution basique, la concentration en HO - diminue, le produit ionique implique que la concentration en ions H 3 O + augmente donc pH diminue. Si on dilue fortement la solution acide ou basique, le pH tend vers 7,0, solution neutre.

15 Utilisation dindicateurs colorés naturels Indicateur naturel qui change de couleur suivant lacidité du milieu 1767 : W.LEWIS emploie un extrait de tournesol pour quantifier lacidité. Papier de tournesol (rouge en milieu acide) William Lewis (1714 – 1781) : chimiste et médecin anglais.– La mesure du pH

16 Utilisation dindicateurs colorés naturels Utilisation dextraits de plantes qui changent de couleur avec lacidité 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 pH Anthocyane du chou rouge La mesure du pH

17 XIX ème siècle : Utilisation dindicateurs colorés synthétiques Lessor de la chimie organique permet la synthèse dindicateurs colorés dont les virages (changements de couleur) sont plus réduits mesures plus précises Phénolphtaléine Virage phénolphaléine (rose : milieu basique) La mesure du pH

18 XIX ème siècle : Utilisation dindicateurs colorés synthétiques S. CALLEA La mesure du pH

19 Mesure du pH au XX ème 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

20 Mesure du pH au XX ème 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

21 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Exemple des détartrants : détruire le tartre Le tartre est du carbonate de calcium ou du carbonate de magnésium Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) = CaCO 3 (s) Mg 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) = MgCO 3 (s) Utilisation dacide dans les produits dentretien : Tartre et tuyauterie bouchée

22 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Pour dissoudre le tartre, on additionne de lacide CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) MgCO 3 (s) Mg 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) Composition : Acide formique (HCOOH) 1 à 5 % Acide phosphorique 5 à 10 % C9- C11 pareth 8 (C 9 H 19 OC 11 H 23 ) 1 à 5 % H+H+ HCO 3 - ou CO 2 Déplacement déquilibre H+H+ HCO 3 - ou CO 2 Déplacement déquilibre

23 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Exemple des déboucheurs : détruire lexcès de corps gras Utilisation de bases dans les produits dentretien : Ce sont souvent les corps gras (triglycérides) qui sont essentiellement responsables de lobturation des éviers. Stéarate de glycéryle triester Issu du glycérol

24 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Pourquoi utiliser de la soude concentrée ? Réaction de saponification des corps gras : Composition : Contient de lhydroxyde de sodium (Soude caustique), solution 10 % à 20 %

25 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Utilisation de solvants dans les produits dentretien : Pour comprendre lutilisation et le choix dun solvant, il convient de connaître : les propriétés physiques et chimiques des solvants Fonction dun solvant : dissoudre, diluer une espèce chimique sans modifier chimiquement lespèce.

26 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Solvant Solvant polaire Solvant apolaire Solvant polaire protique Solvant polaire aprotique Solvant apolaire aprotique

27 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Echelle délectronégativité (selon Pauling) H 2,2 Li 1,0 Be 1,6 B 2,0 C 2,6 N 3,0 O 3,4 F 4,0 Na 0,9 Mg 1,3 Al 1,6 Si 1,9 P 2,2 S 2,6 Cl 3,2 Polarisation des liaisons C-Atome Liaison polarisée avec C porteur dune charge partielle négative Liaison non polarisée Liaison polarisée avec C porteur dune charge partielle positive

28 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Polarisation des liaisons Atome P de charges partielles positives ( + e) Atome N de charges partielles négatives ( - e) P-NP-N + e - e Si existence dun moment dipolaire solvant polaire Pas de Polarisation des liaisons A-BA-B Solvant apolaire Moment dipolaire :

29 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Exemples : Solvants polairesSolvants apolaires

30 Produits dentretien utilisés dans lhabitat 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 protiquesSolvants polaires aprotiques H 2 O HO - + H + EtOH EtO - + H +

31 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Solubilité des espèces et nature des solvants : « Qui se ressemble, sassemble » Composés polaires : Les composés polaires auront une solubilité plus importante dans les solvants polaires Interaction de Van der Waals polaire/polaire (Keesom)

32 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Composés ioniques : Les composés ioniques sont insolubles dans les solvants apolaires. Les composés ioniques sont solubles dans leau. Cations Interaction 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

33 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Composés apolaires : Les composés apolaires sont solubles dans les solvants apolaires et insolubles dans les solvants polaires. Soluble dans le cyclohexane Insoluble dans leau, léthanol

34 Produits dentretien utilisés dans lhabitat 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.

35 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Exemple de dégraissants : leau écarlate Utilisation de solvants dans les produits dentretien : Composition : Mélange de solvants aliphatiques (hydrocarbures apolaires à nbre de C (C5 à C20) Fonction « Le détacheur liquide instantané dEau Ecarlate Professionnel élimine en douceur taches et salissures puis sévapore 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… »

36 Produits dentretien utilisés dans lhabitat ComposantsSolvants polaires aprotiques Matières grasses : Solubles dans les solvants aliphatiques Camboui Soluble dans les solvants aliphatiques Goudron : Hydrocarbures aromatiques polycycliques Soluble dans les solvants aliphatiques

37 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Exemple nettoyants four : 5 à 15 % dhydrocarbures aliphatiques (éliminer les graisses du four)

38 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Utilisation de tensioactifs dans les produits dentretien : Quest-ce quun tensioactif ? Molécule possédant : Une partie polaire hydrophile (-SO 3 - ; -NH 4 + ; -OH) Une partie apolaire hydrophobe (chaîne hydrocarbonée) Molécule dite amphiphile Exemple : Tensioactif cationique Tensioactif anionique Tensioactif zwiterrionique Tensioactif non ionique

39 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Position du problème : Tâche dhuile Tissu Interactions chimiques salissure/tissu : Interaction électrostatique Liaison Hydrogène Dépôt de la tâche de graisse :

40 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Le système tend à minimiser les surfaces entre milieu Forces interfaciales appelées tensions superficielle FA : tension superficielle fibre – air HA : tension superficielle huile – air FH : tension superficielle fibre – huile Equilibre mécanique : FA = HA cos + FH

41 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Action du tensioactif dans le bain lessiviel : Addition du tensioactif Partie polaire vers leau, partie apolaire vers la graisse, lhuile Décollement de la tache par rapport au tissu

42 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Explication : Ajout eau + Tensioactif FH Feau Heau Feau = Heau cos + FH Introduction du tensiactif : Diminution de Feau et Heau Constance de FH Pour maintenir léquilibre : augmente

43 Produits dentretien utilisés dans lhabitat 2 cas possibles : < 90 °C const et poids de la goutte goulot détranglement et détachement partiel de la matière grasse > 90 °C Détachement de la matière grasse

44 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Utilisation des agents de blanchiment dans les produits dentretien : 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, le plus souvent une oxydation Agents de blanchiment : composés capables de libérer in situ des formes activées de H 2 O 2. Exemple : Composition : Agent de surface moins de 15 % Agent de blanchiment moins de 5 % Azurants optiques < 5 %

45 Produits dentretien utilisés dans lhabitat Utilisation des azurants : « Lave plus blanc que blanc » Molécule qui absorbe dans lUV ( < 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, limpression de blanc est retrouvée.

46 Protection dans lutilisation des produits dentretien Les produits dentretien doivent être utilisés avec précaution. Etiquettes Conseils dutilisation : Eviter le contact avec les yeux, … Conduites à tenir en cas daccident : Rincer abondamment avec leau Pictogrammes

47 Protection dans lutilisation des produits dentretien Inflammable (combustible) Corrosif Toxique, irritant Dangereux pour lenvironnement


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