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Les étapes d'une synthèse chimique

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Objectifs
  • Identifier les 3 étapes d’une synthèse chimique.
  • Comprendre ce qu’est un mode opératoire.
  • Reconnaitre le montage du chauffage à reflux, le filtre Büchner et une ampoule à décanter.
  • Identifier des produits grâce à différentes méthodes.
Points clés
  • Une synthèse chimique se fait en 3 étapes.
    • La transformation : il faut suivre un mode opératoire. Le montage le plus souvent utilisé est le montage à reflux.
    • Le traitement : il se fait grâce à une filtration sur Büchner ou avec une ampoule à décanter.
    • L’identification : elle est réalisée grâce aux propriétés physiques du composé synthétisé.
Pour bien comprendre
  • Le matériel et la verrerie de laboratoire
  • Les règles de sécurité au laboratoire
  • Les réactifs/produits
  • Les équations chimiques
1. La transformation chimique : des réactifs aux produits

Pour synthétiser un produit, le chimiste a besoin de faire réagir des espèces chimiques entres elles : ce sont les réactifs.

Parfois, il doit même réaliser une succession de réactions chimiques avant d’aboutir au résultat souhaité. Lorsque les réactifs sont en contact, ils forment le mélange réactionnel.

a. Mise en oeuvre d'un mode opératoire ou protocole expérimental

La synthèse d’une espèce chimique nécessite tout d’abord un mode opératoire détaillé qui doit décrire avec précision la façon de procéder pour réaliser une synthèse.

Le mode opératoire doit comporter les éléments suivants. 

  • Le nom des réactifs à utiliser et les quantités de matière à mettre en réaction.
  • Le solvant.
  • Le type de synthèse : synthèse à température ambiante ou à température plus élevée, voire synthèse nécessitant un reflux. Certaines synthèses nécessitent une pression élevée ou un catalyseur.
  • Le temps de réaction.
  • Le traitement de la réaction pour isoler ensuite le produit désiré.
b. Exemple de technique souvent utilisée - le chauffage à reflux
Le chauffage à reflux permet, sous l’action de la chaleur, d’accélérer la formation du produit désiré.

Ce montage comporte les éléments suivants. 

  • Un ballon rond.
  • Un réfrigérant (à eau ou à air) : il permet de condenser les vapeurs dégagées dans le mélange réactionnel (ce qui évite les pertes de matière).

De la pierre ponce est ajoutée au mélange afin d’assurer une température homogène à l’ensemble et une ébullition constante. On ajoute parfois au montage une agitation magnétique.

En fin de réaction, on récupère le mélange réactionnel : l’espèce chimique souhaitée est synthétisée. C’est le produit de synthèse.

Cette espèce chimique synthétisée côtoie toutefois d’autres espèces (des excès de réactifs et d’autres produits de réaction). Il faut donc pouvoir l’isoler (par exemple par relargage ou extraction par solvant).

2. Isoler et purifier l'espèce chimique

Cette étape est abordée en classe de première. Elle permet d’isoler l’espèce chimique synthétisée du reste du mélange réactionnel.

3. L'identification de l'espèce chimique synthétisée

Après l’extraction du produit, il faut le caractériser grâce à ses propriétés physiques :

  • sa température de fusion ou d’ébullition ;
  • sa solubilité ;
  • sa densité ou sa masse volumique.

Une chromatographie sur couche mince (CCM) peut être réalisée, d’une part pour vérifier si le produit obtenu est celui désiré (ceci se fait par comparaison avec le même produit de référence), et d’autre part pour vérifier la pureté du produit obtenu.

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