La saponification est, dans le cadre général, une réaction chimique transformant un
ester en ions carboxylate et un alcool. Il s'agit en fait
de l'hydrolyse d'un ester en milieu basique. Cette réaction permet la synthèse du savon.
I) La réaction de saponification :
Dans le cas de la fabrication du savon, l'hydrolyse de corps gras se fait en milieu alcalin par une base (soude ou
potasse) et produit du glycérol et des carboxylates, une espèce détergente qui fait que le savon lave. Les carboxylates
de sodium donnent des savons durs et les carboxylates de potassium des savons plutôt mous sinon liquides.
Le savon de Marseille, par exemple, est issu de la saponification par la soude d'huiles végétales, essentiellement.
Les triglycérides sont des triesters du glycérol. Le glycérol, liquide incolore, visqueux et très soluble dans l’eau
est un trialcool car il possède trois groupes hydroxyles –OH. Il possède trois fonctions alcool.
Le glycérol (propan-1,2,3-triol) réagit avec des acides gras qui sont de longues chaines carbonées d’acides carboxyliques
afin de former des triesters.
Chaque acide gras a une queue (chaîne de carbone) qui est lipophile (attire l'huile) et
une tête qui est hydrophile (attire l'eau). La longueur de la queue varie d'un acide gras
à l'autre et elle est déterminée par le nombre de carbone (de 4 à 22 C) dans la chaîne.
Après la saponification, la chaîne lipophile et la tête hydrophile sont toujours présents, la tête est même devenue
plus grande et plus hydrophile qu'avant.
Ces triesters seront appelés des triglycérides dont voici deux exemples.
- Réaction avec l’acide oléique :
+
3
⇄
+
3 H2O
Glycérol
+
Acide oléique
⇄
Oléine
+
Eau
- Réaction avec l’acide palmitique :
+
3
⇄
+
3 H2O
Glycérol
+
Acide palmitique
⇄
Palmitine
+
Eau
La palmitine se retrouve dans l’huile de palme mais aussi dans le beurre, l’oléine dans l’huile d’olive.
On remarquera la présence d’une double flèche ⇄ qui indique que la réaction n’est pas totale,
mais réversible comme toutes les réactions d’estérification.
Le savon est le produit d’une réaction chimique appelée saponification entre un ester gras
et une solution basique concentrée. Lorsqu’on opère avec NaOH (soude) on obtient un savon « dur » et si l’on travaille
avec KOH (potasse) on obtient un savon « mou ou noir ».
Equation de saponification d’un triglycéride (ester gras) : la palmitine.
+
3 (Na+,OH-)
→
3 (C15H31-COO-,Na+)
+
Palmitine
+
Hydroxydes de sodium
→
Palmitate de sodium
+
Glycérol
La saponification est une réaction lente, elle s’apparente donc à l’hydrolyse d’un ester : c’est une hydrolyse basique.
Elle se fait plus rapidement que la réaction d’hydrolyse classique et c’est une transformation totale.
Exercice: Ecrire la réaction de saponification de l’oléine avec l’hydroxyde de
potassium KOH. Ecrire les noms des molécules de la réaction. Les symboles indice seront disposés dans les cases vertes.Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...
Le savon, qui nous permet de nettoyer le gras, est fait de molécules dites « amphiphiles ».
Ces molécules possèdent à la fois un domaine hydrophobe et un domaine hydrophile.
Les domaines hydrophobes du savon vont interagir avec les domaines hydrophobes des graisses. Parallèlement, les
domaines hydrophiles du savon vont interagir avec l’eau. L’ensemble de ces interactions conduit à la formation de «
micelles ». Les micelles sont des sphères de taille microscopique qui renferment en leur
centre tout ce qui est hydrophobe : les domaines hydrophobes du savon et les graisses dont
on veut se débarrasser. Les domaines hydrophiles du savon se trouvent à la surface des
micelles et lui permettent de se solubiliser dans l’eau.
Lorsque nous nettoyons quelque chose de gras, que ce soit de la vaisselle ou notre propre corps, nous créons des
micelles en très très grande quantité. Le savon capture les graisses présentes et forme des micelles qui, via leur
surface hydrophile, partent dans l’eau.
Un savon contient des tensioactifs, ce sont les ions carboxylates, formés de deux parties aux propriétés distinctes.
Le groupe carboxylate, chargé négativement, s'entoure facilement de molécules d'eau polaires : on dit qu'il est
hydrophile. Par contre, il présente peu d'affinité pour les graisses: il est lipophobe.
La longue chaîne carbonée présente très peu d'affinité pour l'eau : on dit qu'elle est hydrophobe.
Par contre, elle présente une grande affinité pour les graisses, elle est lipophile.
Les salissures peuvent avoir une structure moléculaire (huiles, graisses, ...) ou ionique (poussières, terre, ...).
Selon les cas, l’ion carboxylate va intervenir soit par sa partie hydrophile, soit par sa partie hydrophobe. Il forme
une micelle autour de la salissure, celle ci est alors arrachée. La salissure se retrouve en suspension dans l'eau.
Il reste à rincer.
2) L’effet mouillant, dispersant et moussant des tensio-actifs :
Le mouillage d'un solide par un liquide correspond à l'étalement du liquide sur le solide. En diminuant la tension
superficielle solide-liquide, les agents mouillants permettent un plus grand étalement du liquide. Ce pouvoir mouillant
participe à la mise en suspension de particules solides dans un liquide dans lequel elles sont insolubles, en chassant
la couche d'air adhérant aux particules qui gêne la dispersion dans la phase liquide.
Les agents dispersants permettent de fixer les particules hydrophobes contenues dans une solution hydrophile, telle
que de l'eau, ce qui permet de créer une dispersion, c'est-à-dire une solution aqueuse
contenant des particules en suspension. Ces agents préviennent la floculation des particules, c'est-à-dire leur
regroupement en plus grosses parties, qui pourraient alors facilement sédimenter dans le fond de la solution. Ces
agents favorisent l’évacuation des salissures lors du rinçage.
La mousse est une dispersion de bulles de gaz dans un milieu liquide ou solide. Dans une solution aqueuse, ces petites
bulles sont créées et stabilisées par la structure amphiphile du tensioactif. La différence est que nous n'avons pas
de micelles mais une double couche de tensioactifs (une sur la surface extérieure et une autre sur la surface
intérieure).
La mousse permet d’augmenter la surface de contact entre le tensioactif et les corps gras
et donc d’en augmenter l’efficacité, c’est le cas des champoings.
L’eau est un solvant qui contient des gaz (dioxygène, diazote, dioxyde de carbone) et des solides dissous (sous forme
d’ions).
Parmi les ions en solution, l’ion calcium Ca2+, et l’ion magnésium
Mg2+ dans une moindre mesure, posent problèmes. Les ions calcium empêchent le savon de mousser, ils
peuvent également former du tartre CaCO3 qui est insoluble et qui se fixe sur
les parois et dans les tuyauteries lorsque la température de l’eau est supérieure à 70 °C.
La dureté est le caractère d’une eau contenant des ions calcium ou magnésium. Elle se mesure en France par le degré
français (°F).
1 °F correspond à une concentration globale de 10-4 mol/L d’ions Ca2+ ou Mg2+.
La dureté est également appelée degré hydrotimétrique, exprimé en T.H.
Classification de l’eau en fonction de la dureté : - Eau très douce → 0 à 5 °F - Eau douce → 5 à 15 °F - Eau demi-dure → 15 à 25 °F - Eau dure → 25 à 40 °F - Eau très dure → > 40 °F
Une telle eau rend le savon presque inutilisable. En effet, les sels d’acide gras réagissent avec les ions en
suspension dans l’eau et forment des précipités insolubles. Ces solides restent incrustés dans les fibres de tissu, et
à la longue, font jaunir le linge. Le moyen le plus utilisé pour contrer ce problème est d’ajouter du savon en
quantités telles que tous les ions réagissent, laissant éventuellement suffisamment de molécules de savon pour assurer
le nettoyage.
Les ions carboxylates réagissent avec les ions calcium Ca2+ et magnésium Mg2+ pour former des
carboxylate de calcium ou de magnésium insolubles dans l’eau, formant la « crasse du savon ».
Ces réactions réduisent la quantité de savon et donc l’efficacité de leur action.
Il en est de même avec une eau salée qui contient (Na+,Cl-). Les ions sodium Na+
réagissent avec les ions carboxylates pour reformer un savon à l’état solide qui le rend inefficace.
Les phosphates présents dans certaines lessives et produits vaisselle ont pour rôle d'empêcher le dépôt de calcaire
sur le linge et la vaisselle. Très courante à une époque, l'utilisation des phosphates dans les lessives est désormais
sur le déclin, du fait de lois récentes limitant leur emploi.
À priori, il n'y a rien à craindre des phosphates pour la santé. Ils sont même présents naturellement dans l'ossature
humaine. Ils sont aussi un très bon élément nutritif pour les végétaux, ce qui est au cœur du problème posé par leur
utilisation dans les lessives.
Les phosphates évacués avec les eaux usées constituent un formidable engrais pour les algues. La prolifération des
algues peut aller jusqu'à détruire toute autre forme de vie aquatique par étouffement. Toutefois, seuls 11 % de cette
pollution proviendraient des phosphates des lessives, alors que 49 % seraient d'origine agricole.
Exercice N°1: Cocher la réponse correcte :
Les erreurs sont mises en évidence par un point rouge à coté de la question...
Exercice N°2: Le beurre contient de la butyrine, un corps gras dérivant du glycérol
et de l’acide butanoïque. Ecrire l’équation de saponification de la butyrine en présence de soude. Ecrire les noms
des molécules de la réaction.
Les erreurs sont mises en évidence par un point rouge à coté de la question...
Exercice N°3: Complétez le texte suivant.
Les erreurs sont mises en évidence par un point rouge à coté de la question...
Exercice N°4: Le laurate de sodium dont le nom scientifique est dodécanoate de
sodium, est utilisé comme agent tensioactif dans la fabrication de nombreux savons et champoings. Les symboles
indice seront disposés dans les cases vertes. Les erreurs sont mises en évidence par un point rouge à coté de la question...
