Expérience à la maison : comprendre le rôle du savon

Matériel :

Il te faut quelques petites choses que tu trouveras facilement dans la cuisine :

  • 3 petits flacons hermétiques,
  • du savon ou liquide vaisselle,
  • du sel,
  • un petit morceau de craie,
  • de l’huile,
  • de l’eau

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Expérience  N°1 :
Tu remplis la moitié du volume de chacun des trois flacons avec de l’eau du robinet.
Dans le premier flacon, tu ajoutes une bonne cuillerée à café de sel. N’hésite pas à mélanger jusqu’à ce que le sel soit complètement dissous.
Dans le second flacon, tu places un petit morceau de craie (que tu auras éventuellement cassé en petits morceaux)

Dans le dernier flacon, tu n’ajoutes rien de spécial.

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Ensuite, tu verses dans chacun des flacons quelques gouttes de liquide vaisselle, et tu secoues très fort.

Qu’observes-tu ?

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De la mousse se forme, mais pas en même quantité dans les trois : tu en observeras beaucoup dans le flacon qui ne contenait que de l’eau, un peu moins là où tu as mis de la craie, et pratiquement pas là où tu as mis du sel. Tu observeras également que le flacon contenant la craie est devenu trouble, la solution est opaque.

Explications

Comme tu l’auras compris, la différence de moussage est liée à ce que l’eau contient, c’est-à-dire à ce qu’elle aura dissous avant d’agiter le flacon.

Le sel se dissout très facilement dans l’eau car ces deux éléments ont beaucoup de points communs (voir figures 1,2 et 3) : on peut en dissoudre une quantité très importante (à 25 °C, on peut ajouter plus de 350g de sel dans 1 litre d’eau). Pense à l’eau de mer par exemple.

Fig 1 : Les molécules d’eau aiment se lier entre elles
Fig 1 : Les molécules d’eau aiment se lier entre elles
Fig 2 : Le cristal de sel
Fig 2 : Le cristal de sel
Figure 3 : Les molécules d’eau et le sel s’entendent bien
Figure 3 : Les molécules d’eau et le sel s’entendent bien

La craie n’est rien d’autre que du calcaire, qui se dissout également dans l’eau mais moins bien que le sel.

Donc entre tes trois flacons, celui contenant le sel est le plus chargé en substances dissoutes. Celui dans lequel il n’y a que de l’eau est le moins chargé en substances dissoutes (même s’il en contient tout de même car l’eau du robinet n’est pas pure).

Que se passe-t-il quand on ajoute du savon ?
Le savon va chercher à s’associer à l’eau car ces deux éléments ont aussi des affinités. Mais lorsque l’eau contient d’autres éléments dissous, ceux-ci vont interférer et empêcher l’association eau-savon.

Avec l’eau seule, l’association est donc facile.

Avec l’eau salée, il n’y a pas de place pour le savon.

Quant au flacon contenant la craie, le savon va plutôt se lier au calcium qu’à l’eau (d’où le trouble de la solution). A cause de cette association, le savon va changer de nature  et perdre son action détergente.

 

Figure 5 : Pas de place pour le savon lorsque l’eau est salée
Figure 5 : Pas de place pour le savon lorsque l’eau est salée

Et la mousse dans l’histoire ?

La mousse apparaît lorsque tu secoues le flacon car tu emprisonnes des bulles d’air à condition bien sûr que le savon soit bien dissous. Une grande quantité de mousse nous indique une bonne dissolution du savon.

Conclusion ; le savon perd ses propriétés détergentes dans l’eau salée ou l’eau riche en calcaire (on parle d’eau dure).

Applications de ce que tu viens d’observer
Il est quasiment impossible de se laver dans l’eau de mer.
Une eau très calcaire comme cela arrive parfois chez certains particuliers, ne permet pas de bien laver le linge. C’est pourquoi les lessives contiennent des phosphates qui piègent le calcaire rendant possible la dissolution du savon dans l’eau.

Expérience  N°2 :

Tu as besoin de deux flacons, d’huile et d’eau.
Tu remplis la moitié du volume de chacun des flacons avec de l’eau et tu ajoutes un peu d’huile. Dans l’un des deux, tu ajoutes quelques gouttes de liquide vaisselle.

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Tu secoues les deux flacons en même temps, puis tu les reposes.

Qu’observes-tu ?

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Dans le flacon sans savon, l’huile et l’eau ne se mélangent pas. Même lorsque tu secoues très fort, les gouttelettes d’huile que tu a créées finissent par se regrouper (coalescer) et l’huile va surnager l’eau. On dit que les deux liquides ne sont pas miscibles.

Dans le flacon avec du savon, lorsque tu secoues, l’huile, l’eau et le savon font équipe pour ne former qu’une seule phase, pas de séparation entre eux. Tu as réussi à les lier.

Explications

Dans le flacon sans savon, l’huile et l’eau ne se mélangent pas : la raison en est que ces deux éléments sont de nature trop différente, comme s’ils ne parlaient pas la même langue (figure 5).

Figure 5 : Les molécules d’eau n’ont aucun point commun avec une molécule de gras
Figure 5 : Les molécules d’eau n’ont aucun point commun avec une molécule de gras

Contrairement au flacon précédent, lorsque du savon est présent l’eau et l’huile ont réussi à s’associer (figure 6). En effet, il joue « double jeu », comme un pont entre l’eau et l’huile (figure 7).

Figure 6 : un savon est une molécule hybride
Figure 6 : un savon est une molécule hybride
Figure 7 : L’intervention du savon est cruciale : il permet de lier l’eau à la tâche de gras.
Figure 7 : L’intervention du savon est cruciale : il permet de lier l’eau à la tâche de gras.

On parvient ainsi à créer une émulsion avec une multitude de petites gouttes d’huile dispersées dans l’eau.

Applications de ce que tu viens d’observer

Tu comprends maintenant pourquoi tu dois utiliser du savon pour te laver les mains. Sans savon, si tu as les mains grasses, l’eau ne parviendra pas à t’en séparer.
Avec du savon, un lien sera fait entre le gras et l’eau (surtout si tu frottes) et tout va partir dans l’eau de rinçage.

Compléments pour les plus grands :

L’eau (H2O) et le sel (NaCl) s’associent facilement parce qu’ils ont un comportement similaire, ils sont tous les deux chargés électriquement (attention imperceptiblement !) Dans le cas de l’eau, on dit que la molécule est polaire (la charge électrique est répartie dans la molécule de façon à ce que globalement l’ensemble soit neutre mais localement il y a un côté négatif et un côté positif)

Voici une petite vidéo qui t’en dira plus sur la façon dont le sel se dissout dans l’eau

L’eau et les graisses ne se lient pas parce qu’elles sont trop différentes : l’eau est polaire, tandis que les graisses sont de longues molécules carbonées (non polaires)

Un savon a une structure commune aux deux entités : il possède une partie polaire qui va se lier à l’eau (on dit hydrophile) et une longue chaîne carbonée similaire aux molécules de gras (on dit aussi lipophile). Le savon, qui a donc deux parties distinctes, est dit amphiphile.

 

Références

http://www.je-comprends-enfin.fr/index.php?/L-eau-a-l-etat-liquide/pourquoi-leau-dissout-elle-le-sel/id-menu-8.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/Savon
Texte : Pascale BAUGE – Le Monde et Nous : http://lemondeetnous.cafe-sciences.org/

Illustrations : Stéphanie DUBUT – Stef Comics http://stefcomics.blogspot.fr/

 

 

 

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