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HS1/ HS2/ HS4

Réf : 250 006

Français – p 1 Version : 1101

Mallette didactique : Tronccommun Hygiène et Santé

HS1/ HS2/ HS4 Mallette Didactique : Tronc commun Hygiène et Santé Ref : 250 006

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SOMMAIRE Vérification de la stabilité d’un équilibre ............................................................ 2 Hydro-distillation de la lavande ......................................................................... 5 Chromatographie des sucres ............................................................................ 8 Dosage des ions hydrogénocarbonates .............................................................. d’une eau minérale .......................................................................................... 11


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Vérification de la stabilité d’un équilibre

1 Objectif Montrer que lorsque la projection du centre de gravité sur un plan qui supporte la surface d’appui du support, se trouve en dehors du polygone de sustentation, il y a perte d’équilibre du système, à l’inverse ; à l’intérieur de cette surface, l’équilibre du système est maintenu. Le polygone de sustentation :

2 Manipulation - Prendre une feuille de papier vierge. - Poser la base de sustentation sur cette feuille. - Tracer les contours de la base de cette maquette de sustentation, puis

joindre les extrémités pour en obtenir le polygone de sustentation :

- Placer de nouveau la base de sustentation sur le repère dessiné précédemment.


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- Exploiter ces 3 cas de figures permettant d’illustrer 3 contraintes du

point de vue de la stabilité, et constater pour chaque cas l’effet constaté :

1) En position dite de repos, le centre de gravité rapporté dans le plan

de la feuille se trouve au centre du polygone de sustentation :

2) En position inclinée, la projection se trouvant décalée du centre mais toujours à l’intérieur du polygone :

3) En position inclinée et la projection du centre de gravité à l’extrême limite du polygone :


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Dans le cas de la figure 3, la base de sustentation tombe :

Ceci permet de valider un grand principe en robotique qui permet de dire que si le centre de gravité se trouve en dehors du polygone de sustentation, la stabilité est impossible à obtenir. Dans le cas des systèmes plus complexes à plusieurs bases comme peut être le corps humain, le polygone de stabilité se situe au niveau des surfaces des 2 pieds, ainsi que l’aire comprise entre ces 2 surfaces, ce qui permet d’en améliorer la capacité à se stabiliser.


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Hydro-distillation de la lavande

1 Objectif Extraire des fleurs de lavandin un arôme utilisé quotidiennement pour parfumer des détergents et autres liquides nettoyant.

2 Présentation de la démarche Réaliser une technique d’extraction ici l’hydro-distillation pour extraire l’arôme contenu dans la lavande. Reconnaître la verrerie utilisée pour effectuer cette opération et mettre en œuvre une technique de séparation.

3 Protocole

3.1 Matériel

Ballon de 250 mL Réfrigérant à eau Erlen-meyer Ampoule à décanter Bécher Eprouvette Thermomètre Chauffe ballon Support élévateur à croisillons

3.2 Produits chimiques

Fleurs de lavandin Chlorure de sodium Cyclohexane


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Schéma n°1

4 Mode opératoire

4.1 L’hydro-distillation

- Remplir à moitié le ballon de fleurs de lavandin puis y rajouter 150 mL d'eau. Faire bien tremper les fleurs en agitant le ballon.

- Faire le montage en respectant les consignes de sécurité. - Avant de chauffer, s’assurer que la circulation d’eau est mise en route

convenablement. - Chauffer le mélange à petite ébullition puis le maintenir ainsi jusqu'à obtenir

environ 75 mL de distillat. - Surveiller la température des vapeurs distillées. Prélever le distillat quand

les vapeurs distillées sont au environ des 100°C. - Quand les 75 mL sont obtenus, éteindre le chauffage et baisser l’élévateur

à croisillons pour refroidir le ballon.

4.2 Extraction de l'huile

- Ajouter une spatule de gros sel (chlorure de sodium) au distillat afin de

diminuer la solubilité de l’huile essentielle dans le milieu (acétate de linalyle).

- Agiter pour le dissoudre. - Transvaser la solution obtenue dans l’ampoule à décanter. Vérifier au

préalable que le robinet de celle-ci soit fermé. - Ajouter environ 10 mL de cyclohexane mesuré à l’aide de l’éprouvette.

Cette opération permet de séparer l’huile essentielle de lavande du milieu aqueux pour obtenir deux phases bien distinctes lors de la séparation.

- Agiter l'ampoule à décanter en purgeant régulièrement vers le mur ou une fenêtre pour éliminer le gaz qui aurait pu se former.

eau eau salée cyclohexane acétate de linalyle Densités 1 ≈ 1,1 0,78 0,89

Solubilités dans l'eau nulle faible Solubilités dans l'eau salée nulle très faible

Solubilités dans le cyclohexane nulle nulle très soluble


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- Laisser reposer pour permettre la séparation des deux phases.

4.3 Traitement de purification de l’huile essentielle

- Recueillir dans un bécher sec la phase organique qui est la phase la plus

légère des deux dans ce cas. - Ajouter dans le bécher une pointe de spatule de carbonate de sodium

anhydre permettant le séchage de l’eau restant lors du recueillement de la phase organique.

- Agiter puis laisser décanter. - Filtrer la phase organique à l’aide d’un Büchner.

5 Pistes de traitements des résultats Annotez le schéma n°1 : notez la température durant l’hydro-distillation. Indiquez sur le schéma l'arrivée et la sortie de l'eau du réfrigérant. Expliquez le principe de la technique employée. Quel est l'aspect du distillat obtenu ? Recueille-t-on de l'huile essentielle ? Quelle est l’odeur du distillat obtenu ? Pourquoi ajoute-t-on du sel au distillat ? Deux raisons peuvent être invoquées.


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Chromatographie des sucres

1 Objectifs Comprendre le principe d’une chromatographie sur couche mince (C.C.M). Comparer la CCM obtenue à partir d’un jus d’orange à celles obtenues à partir de solutions de sucre.

2 Présentation de la démarche La chromatographie sur couche mince est une technique de séparation d’un mélange liquide ou gazeux par passage dans une matière poreuse ou divisée. On distingue une phase stationnaire (le gel de silice déposé en couche d’épaisseur uniforme sur un support rigide) et une phase mobile (un solvant appelé éluant dont la nature dépend des constituants à séparer). On dépose un échantillon du produit à analyser sur la plaque recouverte de gel de silice puis on place la plaque dans une cuve contenant l’éluant. Celui-ci progresse dans la phase stationnaire (essentiellement par capillarité). Chaque composant de l’échantillon est entraîné par l’éluant avec une vitesse qui lui est propre.

3 Mode opératoire Matériel Produit Fioles de 50 mL Fructose Tubes capillaires Glucose Cuve à éluant Saccharose Verre de montre Eau déminéralisée Boîte de Pétri Butanone Spatule Acide éthanoïque Eprouvette Ethanol Pince Solution de KMnO4 à 2% Solution de Na2CO3 à 4%.

3.1 Préparation des solutions

- Préparer une solution de glucose à 6 g.L-1 : introduire 0.3 g de glucose dans une fiole de 50 mL.

- Préparer une solution de fructose à 12 g.L-1 : introduire 0.6 g dans une fiole de 50 mL.

- Préparer une solution de saccharose à 12 g.L-1 : introduire 0.6 g dans une fiole de 50 mL.

- Préparer ces solutions par dissolution de ces sucres dans de l’eau déminéralisée.


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3.2 Dépôt des sucres sur la plaque chromatographique

A l’aide d’un tube capillaire, déposer une très petite goutte de chaque solution préparée ainsi que du jus d’orange à tester sur la plaque de chromatographie en suivant le schéma ci-contre. ATTENTION : Les tâches obtenues doivent avoir un diamètre de l’ordre de 3mm. Il faut tenir la plaque par les bords pour ne pas endommager la silice déposée sur la plaque. Sécher puis recommencer l’opération pour augmenter la quantité de sucre déposé, (bien superposer les tâches) : faire ainsi 3 dépôts successifs en séchant entre chaque dépôt.

3.3 Préparation de la cuve chromatographique

Verser l’éluant (mélange de 6 mL de butanone, de 2 mL d’éthanol et de 2 mL d’acide éthanoïque pur) dans une cuve à élution sur une hauteur de 0,5 cm. Fermer quelques instants la cuve avec le verre de montre pour que l’air qu’elle contient soit saturée des vapeurs de l’éluant.

3.4 Développement du chromatogramme

Placer la plaque dans la cuve en position verticale et fermer. On ne déplacera pas la cuve pendant la migration de l’éluant. Retirer la plaque quand l’éluant est à environ 1 cm du bord supérieur de la plaque. Repérer le niveau atteint par le solvant au crayon à papier. Tirer un trait délicatement afin de ne pas détériorer la silice déposée sur la plaque à chromatographie.

1 cm

1 cm

Plaque de chromatographie

Silice


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3.5 Révélation

Les composants séparés ne sont pas colorés aussi faut-il procéder à une étape de révélation pour les rendre visibles. Sécher la plaque à l’aide du sèche-cheveux puis la plonger entièrement, en s’aidant d’une pince (de type pince à épiler), pendant 2 secondes dans un mélange réactif, à volumes égaux, composé de 2 solutions : KMnO4 à 2% et Na2CO3 à 4%. Sécher la plaque à l’aide du sèche-cheveux, la chaleur accélère la réaction entre le révélateur et les sucres. Des tâches claires apparaissent. Elles sont dues à la réduction de l’ion permanganate par les groupements alcools des sucres. Cercler les tâches et pointer leur centre.

4 Exploitation du chromatogramme Calculer le rapport frontal RF de chaque sucre, c’est à dire le rapport de la distance parcourue par le sucre (repérée au centre de la tâche) sur la distance parcourue par le front du solvant. Ce RF est une constante pour chaque sucre dans les conditions de cette chromatographie. Par comparaison, identifier et déterminer la composition en sucre du jus d’orange.


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Dosage des ions hydrogénocarbonates d’une eau minérale

1 Objectif Déterminer la concentration massique en ions hydrogénocarbonate d’une eau minérale pour en déduire le T. A. C. de celle-ci.

2 Présentation de la démarche

L’objectif est de doser les ions hydrogénocarbonate HCO3- présents dans

différentes eaux afin de déterminer l'alcalinité de ces eaux (dans les eaux d'alimentation, l'alcalinité est due principalement à la présence d'ions carbonate CO3

2- et d'ions hydrogénocarbonate). Les ions hydrogénocarbonate peuvent être dosés par un acide ou une base, mais on utilisera le dosage par un acide car les électrodes du pH-mètre répondent moins bien en milieu basique et il n’y a pas d’indicateur coloré convenable vers pH=12. Ce dosage permettra de déterminer le T.A.C de l’eau qui est le volume d’acide chlorhydrique à 0.02mol.L-1 nécessaire pour doser une eau minérale. Il est exprimé en degré français °F.

3 Protocole

3.1 Matériel

- Fiole jaugée - Bécher - pH mètre - Produits chimiques - Vert de bromocrésol - Acide chlorhydrique à 2,0.10-2 mol.L-1 - Etalonnage du pH mètre

Etalonner le pH mètre en insérant l’électrode dans une solution de pH 7. Attendre la stabilité de la valeur pour étalonner l’appareil. Rincer l’électrode et sécher la avec un papier doux. Répéter les opérations ci-dessus avec l’étalon de pH 4.

3.2 Titrage par pH-métrie

La solution titrante est l’acide chlorhydrique de concentration molaire C = 2,0.10-2

mol.L-1. Préparez la burette en la rinçant avec l’acide chlorhydrique. Remplir la burette avec l’acide chlorhydrique et ajuster le zéro en positionnant le ménisque de la goutte sur la graduation 0 mL.


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Prélevez un volume Vb = 50,0 mL d’une eau minérale de marque X à l’aide de la fiole jaugée. Placer dans un bécher de 100 mL le volume Vb. Ajouter 4 gouttes de l’indicateur vert de Bromocrésol. Plonger l'électrode du pH-mètre. Préparer un bécher témoin contenant environ 20 mL d’eau minérale, 1 mL de la solution titrante d’acide chlorhydrique et 4 gouttes de l’indicateur choisi. Procéder d’abord à un dosage rapide en coulant millilitre par millilitre et repérer la zone de virage pour effectuer un dosage plus précis lors du deuxième essai. Tracer la courbe pH = f (VA), où VA est le volume d’acide chlorhydrique versé. Préparer les axes du graphe pH = f(VA) sur une feuille de papier millimétré format A4 paysage avec les échelles: pH : 1 cm = 0,5 unité de pH VA: 1 cm =1 mL. Ajouter, millilitre par millilitre, la solution d’acide chlorhydrique contenue dans la burette et mesurer le pH après chaque ajout. Resserrer les mesures lorsque les variations de pH augmentent vers le volume repéré précédemment. Tracer le graphe pH = f(VA) en direct. Repérer également le changement de couleur de l'indicateur coloré. Exploitation des résultats.

1. Le pH indiqué sur l’étiquette est pH = (voir étiquette de la bouteille): est-il en accord avec la première mesure de pH ?

2. Quelle est l’espèce prédominante dans l’eau minérale pour la première mesure de pH ?

3. Écrire l’équation de la réaction de dosage.

4. Déterminer les coordonnées du point équivalent en précisant la méthode utilisée.

5. Déterminer la concentration molaire C, puis la concentration massique t (exprimée en mg.L-1) des ions hydrogénocarbonate dans l’eau minérale étudiée. Comparer cette valeur à celle portée sur l’étiquette de la bouteille.

6. Déterminer le T.A.C. de l’eau minérale et vérifier que cette eau est potable (T.A.C. < 50).

Donnée M(HCO3-) = 61,0 g/mol.

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