Pour aller plus loin. En solution aqueuse, un tensioactif ne forme des…

Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · chimie (première), chapitre 7 — Cohésion, dissolution et solubilité · Solvants, interfaces et tensioactifs

Énoncé

Pour aller plus loin. En solution aqueuse, un tensioactif ne forme des micelles qu'au-delà d'une concentration seuil appelée concentration micellaire critique (CMC). Pour le dodécylsulfate de sodium $CH X_{3} - (CH X_{2}) X_{11} - OSO X_{3} X^{-} Na X^{+}$ ( $M = 288 g / mol$ ), la CMC vaut $8, 2 m mol / L$ à $25^{\circ}$ C.

Repérer les parties hydrophile et lipophile de cette entité.
Quelle masse de tensioactif faut-il par litre pour atteindre la CMC ?
Que se passe-t-il, à l'échelle des entités, en dessous puis au-dessus de la CMC ?
Un flacon de liquide vaisselle est dosé à $150 g / L$ ; on en verse $2, 0$ mL dans $5, 0$ L d'eau. La CMC est-elle atteinte ?

Corrigé

1. Chaîne $CH X_{3} - (CH X_{2}) X_{11} X^{-}$ : douze carbones apolaires, partie lipophile. Groupe $- OSO X_{3} -$ : ion sulfate, chargé, très solvaté par l'eau, partie hydrophile.

2. $m = C \times M = 8, 2 \times 1 0^{- 3} \times 288 = 2, 4 g / L$ .

3. En dessous de la CMC : les entités, trop peu nombreuses, gagnent à occuper l'interface eau-air (queue vers l'air, tête dans l'eau). Elles y saturent progressivement la surface : la tension superficielle chute. Aucune micelle.<br> Au-dessus : l'interface est saturée, les entités supplémentaires n'ont plus de place. Elles s'organisent alors en volume en micelles — queues rassemblées au centre, à l'abri de l'eau, têtes tournées vers elle. Ce sont ces micelles qui piègent les graisses : le pouvoir lavant n'apparaît qu'au-delà de la CMC, et la tension superficielle, elle, ne baisse presque plus.

4. $m = 150 \times 2, 0 \times 1 0^{- 3} = 0, 30$ g, dilués dans $5, 0$ L : $C_{mass} = \frac{0 , 30}{5 , 0} = 6, 0 \times 1 0^{- 2} g / L$ , soit $\frac{6 , 0 \times 1 0 ^{- 2}}{288} = 2, 1 \times 1 0^{- 4} mol / L$ . C'est $40$ fois moins que la CMC : le seuil n'est pas atteint, l'eau mousse à peine et lave mal. Il faudrait environ $80$ mL de produit — d'où le réflexe d'en remettre quand la mousse tombe.

Contrôle : le pouvoir lavant est un phénomène à seuil, pas une proportionnalité — deux fois plus de savon ne lave pas deux fois mieux, mais en dessous du seuil il ne lave presque pas.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.