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Vidéo de la leçon : Détergents Chimie

Dans cette leçon, nous allons apprendre comment décrire la structure des détergents anioniques, et expliquer comment ils éliminent les taches sur les tissus.

15:05

Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la structure des détergents anioniques et à expliquer comment ils éliminent les taches sur les tissus. Lorsque nous voulons nous laver les mains ou laver nos vêtements, nous utilisons souvent du savon ou du détergent plutôt que d’utiliser seulement de l’eau. Qu'est-ce qu'un détergent exactement ?

Les détergents constituent une classe de substances ayant des propriétés nettoyantes et qui possèdent une queue hydrophobe et une tête hydrophile. Nous pouvons utiliser un dessin comme celui-ci pour représenter une molécule de détergent. Le cercle représente la tête, alors que la ligne ondulée représente la queue. La queue est hydrophobe, ce qui se traduit littéralement par la peur de l’eau. Nous pourrions également décrire la queue d’un détergent comme étant non polaire. La tête est hydrophile, ce qui se traduit littéralement par l’amour de l’eau. Nous pourrions également décrire la tête d’un détergent comme étant polaire. Les détergents ont donc à la fois une région non polaire et une région polaire. L'efficacité des détergents s'explique par cette différence de polarité, comme nous le verrons plus loin dans cette vidéo.

Examinons maintenant quelques exemples de détergents. La région de la queue de chaque détergent est illustrée en bleu. Nous pouvons constater que la queue d’un détergent est souvent constituée d'une longue chaîne alkyle non polaire, bien que la présence de chaînes ramifiées soit également possible. La région de la tête de chaque détergent est illustrée en orange et peut être utilisée pour déterminer le type de détergent. Les trois premiers détergents sont ioniques. Ils contiennent une région de tête chargée et un contre-ion. La tête du premier détergent est un groupe carboxylate. Ce type de détergent est un savon, soit un détergent produit par la saponification des graisses et des huiles. La tête du deuxième détergent est un groupe sulfonate chargé négativement.

Les détergents contenant un anion chargé négativement dans leur région de tête sont anioniques. Comme le groupe carboxylate est chargé négativement, les savons sont parfois classés avec les détergents anioniques. La tête du troisième détergent est un cation, soit le triméthylammonium. Les détergents contenant un cation chargé positivement comme région de tête sont cationiques. La tête du dernier détergent contient des groupes éthoxy et hydroxy et n’est pas ionique. Ce type de détergent est appelé non ionique.

Bien que chaque type de détergent ait ses propres utilisations, examinons de plus près les savons et les détergents anioniques. Les savons sont utilisés depuis des milliers d’années, mais ils ne sont peut-être pas les plus appropriés pour le nettoyage. Le groupe carboxylate peut réagir avec les ions qui sont présents dans l’eau du robinet, tels que le calcium et le magnésium, pour former un produit insoluble qui peut s’accumuler sur les vêtements et dans les éviers. Ce produit gris ou blanc est connu sous le nom de résidu de savon.

Les détergents anioniques peuvent également réagir avec les ions calcium et magnésium pour former un produit insoluble. Cependant, ce produit est moins susceptible de former des résidus de savon pour des raisons qui dépassent le cadre de cette vidéo. Par conséquent, les détergents anioniques constituent le produit nettoyant privilégié pour la plupart des applications depuis leur invention dans les années 1930.

Certains des premiers détergents anioniques commercialisés étaient des alkylbenzènesulfonates ramifiés, dont la queue possède un certain nombre de ramifications ou de substituants, comme celui-ci. Le problème avec ces substances est qu’elles ne se biodégradent pas facilement. Leur utilisation a engendré la formation de mousse dans les systèmes d'égouts et dans les rivières, sur les côtes et dans les lacs, ce qui a contribué à la contamination de l’approvisionnement en eau potable. Par conséquent, l’utilisation de détergents à base d'alkylbenzènesulfonates ramifiés a été interdite dans de nombreux pays.

Vers 1960, les alkylbenzènesulfonates linéaires, comme ceux-ci, ont commencé à remplacer les alkylbenzènesulfonates ramifiés. Les versions linéaires se biodégradent beaucoup plus facilement et menacent moins les systèmes environnementaux. Les alkylbenzènesulfonates linéaires représentent le principal produit de nettoyage utilisé dans de nombreux détergents à lessive, détergents à vaisselle et autres nettoyants ménagers.

Les alkylbenzènesulfonates peuvent être synthétisés en utilisant un procédé en deux étapes. Dans la première étape, un alkylbenzène réagit avec de l’acide sulfurique concentré chaud pour produire un acide alkylbenzènesulfonique et de l’eau. L’espèce qui réagit avec l’alkylbenzène n’est pas l’acide sulfurique, mais plutôt le trioxyde de soufre formé par la dissociation de l’acide sulfurique. Nous pourrions donc voir cette réaction abrégée comme ceci. Dans la deuxième étape, l’acide alkylbenzènesulfonique réagit avec de l’hydroxyde de sodium, également appelé soude caustique. Une réaction de neutralisation acido-basique se produit, ce qui forme un sel d’alkylbenzènesulfonate et de l’eau.

Outre les alkylbenzènesulfonates, il existe d’autres détergents anioniques communs. Ces derniers comprennent des sulfates d'alkyle tels que le laurylsulfate de sodium et le laureth sulfate de sodium. Ces détergents sont des agents moussants bon marché et très efficaces. On les retrouve fréquemment dans les shampoings, les nettoyants corporels, les produits de bain moussant et les dentifrices. Maintenant que nous sommes en mesure de reconnaître certains détergents anioniques courants, examinons leur fonctionnement.

Nous avons ici un récipient d’eau qui contient des molécules de H2O. Au fond se trouve un morceau de tissu avec une tache grasse. Ce dessin n’est pas tracé à l’échelle et seules quelques molécules d’eau sont représentées pour plus de clarté. Les molécules d’eau polaires ne sont pas attirées par l’huile non polaire et sont incapables d’éliminer la tache. Ajoutons donc un détergent.

Nous utiliserons ce dessin pour représenter un détergent ionique générique. Le cercle jaune représente la tête hydrophile, la ligne bleue ondulée représente la queue hydrophobe et le cercle rose représente le contre-ion. Lorsque nous ajoutons le détergent dans l’eau, le contre-ion se dissout et se disperse. La tête du détergent est hydrophile, ce qui signifie qu'elle aime l’eau. Les têtes seront donc attirées par les molécules d’eau à la surface. Toutefois, les queues sont hydrophobes, ce qui signifie qu'elles ont peur de l’eau, et elles resteront donc dans l’air.

Nous pouvons rappeler que les molécules d’eau sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène fortes. L’introduction d’un détergent interfère toutefois avec les liaisons hydrogène entre les molécules d’eau à la surface, ce qui diminue la tension superficielle. Les substances qui diminuent la tension superficielle d’un milieu sont appelées des tensioactifs ou des agents de surface. Nous pouvons donc utiliser le terme tensioactif pour décrire ou faire référence à un détergent.

Bien que la réduction de la tension superficielle ne constitue pas nécessairement l’action principale d’un détergent, elle est tout de même utile. Une tension superficielle réduite permet à l’eau de mouiller plus facilement un article comme un vêtement. C'est pour cette raison que les détergents non ioniques sont souvent appliqués sur l’herbe des terrains de golf, car le pouvoir de mouillage accru de l’eau lui permet de pénétrer plus uniformément dans les verts.

Un autre résultat de la diminution de la tension superficielle est la formation de mousse. Si nous plaçons une paille dans un récipient d’eau et que nous soufflons dedans, des bulles remonteront à la surface et éclateront rapidement car la tension superficielle de l’eau est élevée. Toutefois, si nous répétons cette expérience avec un récipient d’eau et de détergent, les bulles remonteront à la surface et créeront de la mousse en raison de la diminution de la tension superficielle.

Revenons maintenant à l'élimination d'une tache graisseuse sur un morceau de tissu. Nous allons poursuivre en éliminant les contre-ions et les molécules d’eau du dessin afin de nous concentrer uniquement sur le comportement du détergent. Si la concentration de détergent augmente ou s'il est mélangé avec de l’eau, ses molécules se regrouperont pour former des sphères avec les queues hydrophobes à l’intérieur et les têtes hydrophiles à l’extérieur.

Ces sphères s'appellent des micelles. Si une micelle ou des molécules de détergent flottant librement se rapprochent de la tache, les queues hydrophobes non polaires seront attirées vers l’huile non polaire. Finalement, les molécules qui composent la tache se soulèveront de sa surface. Une action mécanique, telle que l'agitation dans une machine à laver, peut aider à décomposer et à éliminer la tache en facilitant l’interaction du détergent avec celle-ci. Une fois que les molécules d’huile sont soulevées de la surface, les molécules de détergent se regroupent à nouveau pour former une micelle qui encapsule les molécules d’huile à l’intérieur. La micelle contenant les molécules d’huile piégées peut ensuite être éliminée.

Avant de récapituler ce que nous venons d'apprendre dans cette vidéo au sujet des détergents, essayons de répondre à une question.

Lequel des énoncés suivants est approprié en ce qui concerne les détergents anioniques ? (A) La molécule de détergent est composée d’une tête hydrophile, qui consiste en une longue chaîne carbonée, et d’une queue hydrophobe ionisée. (B) La molécule de détergent est composée d’une tête hydrophobe, qui consiste en une longue chaîne carbonée, et d’une queue hydrophile ionisée. (C) La molécule de détergent est composée d’une queue hydrophile, qui consiste en une longue chaîne carbonée, et d’une tête hydrophobe ionisée. (D) La molécule de détergent est composée d’une queue hydrophobe, qui consiste en une longue chaîne carbonée, et d’une tête hydrophile ionisée.

Les détergents constituent une classe de substances ayant des propriétés nettoyantes et qui sont composées d'une région de la tête et d'une région de queue. Nous pouvons représenter un détergent générique avec une figure comme celle-ci, où le cercle orange représente la tête et la ligne bleue ondulée représente la queue. Pour répondre à cette question, nous devons déterminer les propriétés de la tête et de la queue.

En examinant les choix de réponse, nous pouvons constater que les mots « hydrophile » et « hydrophobe » sont utilisés pour décrire la tête et la queue. Hydrophobe se traduit littéralement par la peur de l’eau, alors qu'hydrophile se traduit littéralement par l'amour de l’eau. Afin de déterminer quelle partie d’une molécule de détergent possède ces caractéristiques, considérons ce qui se passe lorsque nous ajoutons un détergent à l’eau.

Premièrement, les molécules de détergent s’accumulent à la surface de l’eau avec les têtes dans l’eau et les queues dans l’air. Si la concentration en détergent augmente ou s'il est mélangé avec de l’eau, ses molécules se regrouperont pour former des sphères appelées micelles. Les têtes forment l’extérieur de la sphère, alors que les queues se situent à l’intérieur. Comme nous pouvons le constater sur la figure, la tête d’un détergent est souvent en contact avec l’eau, tandis que la queue est souvent maintenue hors de l’eau ou à l’abri de l’eau, ce qui indique que la queue a peur de l’eau ou est hydrophobe et que la tête aime l'eau ou est hydrophile. Sur la base de ces informations, nous pouvons éliminer les choix de réponse (B) et (C).

Nous devons maintenant déterminer quelle partie d’un détergent consiste en une longue chaîne carbonée et quelle partie peut être ionisée. Les détergents sont classés selon la composition de leur région de tête. Dans cette question, il est mentionné que le détergent est anionique, ce qui signifie que sa tête est un anion chargé négativement.

Voici un exemple de détergent anionique. Nous pouvons constater que la région de la tête en orange est un anion chargé négativement, alors que la région de la queue en bleu consiste en une longue chaîne carbonée. En examinant les autres choix de réponse, nous pouvons constater que l’affirmation appropriée au sujet des détergents anioniques est le choix de réponse (D), soit la molécule de détergent est composée d’une queue hydrophobe, qui consiste en une longue chaîne carbonée, et d’une tête hydrophile ionisée.

Récapitulons maintenant ce que nous venons d'apprendre. Les détergents ont une queue hydrophobe, généralement une longue chaîne carbonée, et une tête hydrophile. Selon la composition de leur région de tête, les détergents sont classés en anioniques, cationiques, non ioniques et savons. Les savons sont parfois classés avec les détergents anioniques, car la tête des savons est un anion carboxylate. Les alkylbenzènesulfonates et les sulfates d'alkyle sont des détergents anioniques courants. Les alkylbenzènesulfonates peuvent être linéaires ou ramifiés. Les alkylbenzènesulfonates linéaires sont davantage biodégradables que les alkylbenzènesulfonates ramifiés.

Les alkylbenzènesulfonates peuvent être synthétisés en deux étapes. Premièrement, un alkylbenzène est sulfoné en utilisant de l’acide sulfurique. Ensuite, on fait réagir l’acide alkylbenzènesulfonique obtenu avec de l’hydroxyde de sodium pour produire le détergent. Les détergents sont capables d’éliminer les huiles et les taches étant donné que leur queue hydrophobe est attirée par la tache, tandis que leur tête hydrophile est attirée par l’eau.

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