Le savon de Marseille : une synthèse organique sur 5 points

L'exercice 3 du bac 2022 de physique-chimie en Asie (jour 2) vaut 5 points, soit environ 53 minutes. Il porte sur la saponification de l'oléine, un corps gras de l'huile, par la soude. Le sujet suit le protocole de laboratoire étape par étape et demande surtout de justifier chaque opération à partir des données : solubilités, pKa, pictogrammes de danger. Les calculs se concentrent à la fin, avec le réactif limitant et le rendement.

Les réactifs (Q1 et Q2)

On repère trois fois l'enchaînement d'un carbone doublement lié à un oxygène et simplement lié à un autre oxygène, lui-même lié à un carbone : c'est le groupe ester, et l'oléine est donc un triester. Il ne faut pas le confondre avec le groupe carboxyle, où l'oxygène simplement lié porte un hydrogène. La soude concentrée étant corrosive, les règles de sécurité attendues sont le port de gants, d'une blouse et de lunettes de protection : une règle se justifie toujours par le danger indiqué.

Le rôle de chaque étape (Q3 à Q6)

L'oléine est insoluble dans l'eau alors que la soude est en solution aqueuse : sans intermédiaire, les réactifs formeraient deux phases. L'éthanol, où les deux sont très solubles, sert de solvant commun. En Q4, le milieu est très basique : son pH est très supérieur au pKa de 4,8, donc l'ion oléate prédomine sur l'acide oléique. Le chauffage accélère la transformation, car la température est un facteur cinétique ; il ne faut pas confondre ce rôle avec celui du reflux, qui évite les pertes de matière. Enfin, le relargage se fait dans l'eau salée, où le savon est faiblement soluble : il précipite et se récupère par filtration, alors qu'une partie resterait dissoute dans l'eau douce.

Réactif limitant et lavage (Q7 et Q8)

Avec 10 mL d'huile de masse volumique 0,90 g·mL⁻¹, on obtient 1,0 × 10⁻² mol d'oléine. Les 10 mL de soude à 10 mol·L⁻¹ apportent 0,10 mol d'ions hydroxyde. Comme une mole d'oléine réagit avec trois moles d'ions hydroxyde, on compare n_ol/1 et n_HO⁻/3 : l'oléine est limitante. Le raisonnement sans les nombres stœchiométriques ne rapporte pas les points, même si la conclusion est la même. Le lavage élimine donc la soude en excès, corrosive pour la peau, ainsi que le glycérol, très soluble dans l'eau.

Rendement (Q9 et Q10)

Une mole d'oléine donne trois moles d'oléate de sodium : la masse maximale de savon vaut environ 9,3 g, et avec 7,3 g obtenus, le rendement est de 79 %. Oublier le facteur 3 conduit à un rendement supérieur à 100 %, résultat impossible qui doit alerter. Gardez la valeur non arrondie de n_ol en mémoire de la calculatrice. Pour expliquer un rendement inférieur à 100 %, on invoque les pertes de savon lors du relargage, de la filtration et du lavage, ou une transformation inachevée après 30 minutes de chauffage.

Conseils pour réussir

Dans ce type d'exercice, chaque réponse doit s'appuyer sur une donnée précise de l'énoncé : citez-la. Pour le bilan de matière, posez systématiquement les quantités initiales puis comparez-les en tenant compte de l'équation.