Le Savon

Tout ce que vous voulez savoir sur lui, nousle savons.

Problèmatique :

Comment le savon lave-t-il ?

1- Fabrication de notre savon

2- Que lave le savon ?

3- Le savon et l'eau

4- La composition du savon

5- Le principe de fonctionnement du savon

6- Le fonctionnement du savon sur notre peau

7- Le savon, un tensioactif

8- Conclusion

9- Bibliographie

1. Fabrication denotre savon

Pour mieux comprendre le fonctionnement du savon, nous avions pensé qu'il serait enrichissant de fabriquer notre propre savon.

Pour se faire, nous avons suivi une expérience, détaillée ci-dessous :

Experience 1 : Ingrédients :

20 mL de soude à 10mol/L ; 15 mL d'huiled'olive ; 20 mL d'éthanolà 90° ; 100 mL de solutionconcentrée de chlorure desodium

Matériel :

Ballon de 250mL, deséprouvettes graduées, unbêcher, Filtre Büchner,tube à essai, chauffeballon.

Avec les ingrédientset le matériel àdisposition nous avonssuivi le protocole defabrication :

1) Dans un ballon de 250 mL, introduire, à l'aide d'éprouvettes graduées, 20 mL de soude à 10 mol .L–1 , 15

Chauffe ballon.

mL d'huile alimentaire, 20 mL d'éthanol à 90°.

2) Mettre dans le mélange de la pierre ponce.

3) Adapter unréfrigérant à eau.

4) Régler lethermostat pour avoir uneébullition douce.

5) Chauffer à refluxle mélange réactionneldurant environ 30 minutes.

6) Pendant lechauffage, verser environ100 mL de solutionconcentrée de chlorure desodium dans un bêcher

7) Après lechauffage, verserlentement le mélange dansle bêcher contenant l’eau salée, agiter avecl’agitateur.

8) Filtrer le mélange obtenu du Büchner sous vide,

puis récupérer le résultat dans un bêcher.

9) Rincer ensuite le dépôt avec de l’eau distillée froide et récupérer cette eau de rinçage dans un petit pot.

10) Tester le Ph de cette eau de rinçage. Pour que le savon soit utilisable, il faut que son Ph soit le plusneutre possible, c'est à dire aux alentours de 7.

11) Rincer autant que nécessaire.

Le savon est prêt !

Nous n'avons pas réussi à rendre le Ph neutre, notresavon contenait encore beaucoup trop de soude, il était caustique.

Ainsi, nous avons préféré acheter un savon de Marseille pour faire les expériences afin d'être sûrs queles résultats correspondent aux réelles propriétés du savon.

En effet, le savon de Marseille a eu un processus delavage beaucoup plus performant.Notre première hypothèse de base a été: Un savon supprimedes tâches grâce à des réactions chimiques.Pour répondre à cela on est parti sur une deuxième hypothèse : Un savon a besoin d'eau pour laver une tâche.

Il y a beaucoup d'autres procédés pour fabriquer du savon. Dans l'antiquité, pour fabriquer du savon, on utilisait de la cendre que l'on mélangait avec de la graisse animale, que l'on cuisait pour fabriquer du savon.

Ensuite, on a vu apparaître des savons fabriqués avec de la soude et de l'huile végétale (savon de Marseille). Sous l'effet de la chaleur, il y aura alors une transformation chimique qui produira du savon et de la glycerine (que l'on n'utilera pas) : c'est la saponification.

Alors on peut se poser la question suivante :

Mélange filtré mit dans un bécher

Pourquoi utiliser du gras pour nettoyer le gras ?

2. Que lave lesavon ?

On s'est d'abord interessés à l'efficacité du savon sur certaines tâches.

Experience 2 : On dispose :

10 bouts du même tissu Du vin De la terre De l'huile Du jus de chou rouge De l'encre De l'eau Du savon Une brosse

1- On a tout d'abord préparé l'experience en tachantdeux bouts de tissu avec du vin, deux avec de la terre, deux avec de l'huile, deux avec du jus de chou rouge et deux avec de l'encre.

2- On a ensuite tenté de nettoyer chaque tâche avec de l'eau et avec de l'eau savonneuse en frottant de la même manière afin que la différence de résultat ne soit dû aux propriétés du liquide utilisé.

3- Voici nos résultats :

Vin Terre Chourouge

Huile Encre

Eau + + - - --

Eau+Savon

+ + - ++ --

On en conclut que le savon ne permet pas de laver

toutes les tâches et donc qu'il n'a d'influence que sur les tâches grasses (lipides). Pour les experiences suivantes, nous nous interesserons aux propriétés du savon sur la tâche de gras.

3. Le savon etl'eau

Au tout départ notre première hypothèse était : Un savon supprime des tâches grâce à des réactions chimiques.

Pour répondre à cela on est parti sur une deuxième hypothèse : Un savon a besoin d'eau pour laver une tâche.

Donc on a fait une expérience :

Experience 3:On dispose :

3 bouts du même tissu De l'huile De l'eau Du savon Une brosse

1- Sur trois bouts de tissu en coton, on a mis une tâche grasse (huile) de taille égale.

2- On a d'abord essayé d'enlever la première tâche sans eau, juste en frottant avec le savon... Résultats : On observe que la tâche s'est éparpillée maisn'est pas partie.

3- On a ensuite fait la même chose sur la deuxième tâche en passant préalablement le tissu sous l'eau, puis avons frotté pour retirer le savon. Résultats : On voit que la tâche part plus facilement mais subsiste avec le savon sur le tissu.

4- Enfin, sur la troisième tâche on a préalablement passé le tissu sous l'eau puis frotté avec le savon et enfin avons rincé le tissu. Résultats : On remarque que la tâche a pratiquement disparu et qu'il n'y a plus de savon sur le tissu.

On en conclut donc que le savon a besoin d'eau pour laverune tâche et que notre deuxième hypothèse est vraie. On s'est alors posé plusieurs question :

Pourquoi le savon a besoin d'eau pour laver ?Pourquoi l'eau ne peut pas laver toute seule les

tâches ?

Pour répondre à ces questions, nous nous sommes interessés d'abord aux propriétés de l'eau avec le savon. On a émis une troisième hypothèse: le savon permet au gras et donc à la tâche grasse de se mélanger avec l'eau puis s'en va au rinçage.

On a réalisé deux experiences pour prouver cette hypothèse.

Experience 4: On dispose :

De l'huile d'olive Deux tube à essai De l'eau Du savon

1- On verse tout d'abord quelques gouttes d'huile dans un dans le premier tube à essai contenant de l'eau. On bouche le tube puis on l'agite. On observe que l'huilene se mélange pas avec l'eau, l'huile finira toujours parse regrouper au dessus de l'eau. Ces deux liquides ne sont donc pas miscibles.

2- Maintenant, on verse la même quantité d'huile dans le deuxième tube à essai contenant de l'eau savonneuse. On bouche le tube puis on le secoue. On voit une formation d'un grand nombre de petites gouttes d'huile qui restent en suspension dans l'eau : le savon a donc permis à l'huile de se séparer et de se mélanger avec l'eau, ces liquides sont miscibles.

Expérience 5:Pour aller un peu plus loin, on a fait la même expérienceavec différents matériels pour simuler une tâche de gras sur la peau.On dispose :

Deux bouts d'un même tissu taché d'une même tâche d'huile De l'eau Du savon Deux bechers Une brosse

1- On plonge tout d'abord le premier bout de tissu dans un becher remplit d'eau. On frotte ce tissu avec unebrosse. La tâche reste sur le tissu, elle ne s'est pas mélangée avec l'eau.

2- On plonge le deuxième bout de tissu dans un becher rempli d'eau savonneuse. On frotte ce tissu avec une brosse. La tâche part du tissu, et on la retrouve dans l'eau sous forme de petites goutteq d'huile qui sonten suspension dans l'eau. Lors d'un lavage, la tâche est nettoyée et mélangée avec l'eau de rinçage pour qu'elle parte comme le prouve cette experience.

Notre hypothèse 3 est donc juste. Le savon permet donc le mélange d'un corps gras avec de l'eau, d’où l'utilisation d'un savon pour se laver car l'eau seule n'enlève pas les graisses de notre peau comme on a pu le voir avec ces expériences. De plus le savon seul ne peut laver car il ne peut pas faire "évacuer" les tâches, c'est pour cela que l'on a besoin d'eau pour se laver.

Donc on sait que pour enlever une tâche, il nous faut du savon et de l'eau.Mais on ne sait pas encore pourquoi notre savon a le pouvoir de faire partir ces tâches !On s'est alors posé la question, doit-on aller voir sa composition ? C'est ce que nous avons fait.

4. La compositiondu savon

Composition chimique :

Le savon est un mélange d'ions carboxylates et de cations métalliques, que sont l'ion sodium Na+ ou l'ion potassium K+, tout deux porteurs d'une charge positive afin que l'atome soit stable.

Formule de l'ion carboxylate

Le savon est composé de l'ion carboxylate qui est une molécule amphiphile, ce qui signifiequ'il possède un groupe hydrophile et unautre hydrophobe.

Il y a deux types de savon, ceuxconstitués de carboxylate de sodium quisont les savons durs, et ceux constitués decarboxylate de potassium qui sont lessavons mous (liquides). Leur fonctionnementne change pas, ils ont juste une texturedifférente.

Interessons nous maintenant à cet ionqui donne les propriétés au savon.

- L'ion carboxylate est composé :

-D'une tête qui a une grande affinité avec l'eau quiest hydrophile (aime l'eau) et lipophobe (n'aime pas l'huile). Elle est très polaire puisque elle est composé de COO-.

Elle est constituée, dans le cas d'un savon dur, d'un atome de carbone, de deux atomes d'oxygène et d'un atome de sodium. Sa formule est alors COO-Na(s). Dans le cas d'un savon mou, elle est constituée d'un atome de carbone, de deux atomes d'oxygène et d'un atome de

potassium. Sa formule est alors COO-K(s). Elle a une charge négative.

-D'une queue carbonée, qui est repoussée par l'eau, elle est hydrophobe et lipophile ce qui veut dire qu'elleest soluble dans les corps gras. Le carbone et l'hydrogène ont une électronégativité voisine ce qui veutdire que la queue est apolaire, d'où son hydrophobie.

Sa taille peut varier en fonction des différents types de savon. Sa formule est notée R et peut s'écrire

La tête de l'ion

La queue de l'ion carboxylate

sous la forme CnH2n+1 avec n compris entre 5 et 17. Elle a une charge positive.

Nous sommes partis sur une 4ème hypothèse, maintenant que nous avons vu ce qu'il y a dans notre savon on a voulu savoir comment il faisait pour faire partir des tâches !

h ypothèse 4 : Le savon emprisonne les tâches.

5. Le principe defonctionnement du

savonLe savon a la propriété de se débarasser des

impuretés grasses qui s'adhèrent à une surface. Ces tâches sont hydrophobes, elles ne sont pas solubles dans l'eau.

Comme ces graisses manquent d'affinité avec l'eau, il nécessite une liaison entre elles et les molécules d'eau pour qu'elles puissent partir au rinçage.

Le savon est bien placé pour jouer ce rôle car il possède à la fois une partie lipophile (+ hydrophobe) et une partie hydrophile (+ lipophobe).

Voyons comment le savon se comporte pour éliminer legras.

Au repos, les molécules de savon se trouvent à la surface de l'eau. En effet, c'est le seul endroit ou les queues hydrophobes s'orientent vers l'air, donc hors de l'eau, tandis que les têtes hydrophiles sont plongées dans l'eau.

Ions carboxylate

En quantité importante, il y aura un amas de molécule de savon qui se concentreront à la surface. Il faut alors que les parties hydrophobes trouvent un moyen de ne pas se mettre en contact avec les molécules d'eau. Afin d'éviter ceci, les molécules de savon se réunissent afin derester entre elles. Ellesforment alors se que l'onappelle une micelle.

Rappelons que la queue est à la fois hydrophobe et lipophile.

Lorsque l'on veut laver une tâche sur un support quelconque, certaines micelles se fixent sur le support pour éviter que leur partie hydrophobe soit en contact avec l'eau. En présence de gras, étant donné que l'interieur des micelles est attiré par la graisse des taches. Les queues des molécules de savon vont alors se planter dans la tâche. Les parties hydrophiles du savon vont fragiliser la liaison entre la tâche et le support àcause de leur polarité identique qui font qu'elles se repoussent.

En frottant, la micelle va alors décrocher la tâche.D'autres molécules de savon vont alors se fixer sur la tâche, l'encerclant totalement, et d'autres sur le support empechant ainsi à la tâche de se réaccrocher. Pour finir, en rinçant, la saleté part et nous sommes propres.

Support

Ion carboxylate Eau

Tâche grasse

Eau

Micelle

Eau

Toujours dans le même principe, lorsque de l'air estintroduit dans la solution, par exemple en agitant, les queues des molécules de savon se fixent à l'air et forment la mousse. La mousse est donc un indicateur de quantité de savon ainsi que de son bon fonctionnement.

Nous avons vu que la partie hydrophobe du savon se fixait à ce qu'elle pouvait trouver pour éviter d'être encontact avec l'eau. Mais si l'eau n'est pas pure et qu'elle contient d'autres substances, cela pourrait peut être gêner le savon dans son rôle.

Nous avons alors émis une cinquième hypothèse : la qualité de l'eau influt sur le lavage.

Pour vérifier cela, nous avons fait l'experience suivante:

Experience 5 :On dispose :

Un tube à essai contenant de l'eau déminéralisée Un tube à essai contenant de l'eau du robinet Un tube à essai contenant de l'eau minérale

(Evian) Un tube à essai contenant de l'eau très minérale

(Hépar) Un tube à essai contenant de l'eau salé De l'eau savonneuse Une brosse 5 bouts du même tissu avec une même tâche

d'huile

1- Dans chacun des tubes, on verse dix gouttes d'eausavonneuse. On bouche les tubes puis on les agite de la même manière.

2- On remarque la présence en grande quantité de mousse dans l'eau déminéralisée et un peu moins dans l'eau du robinet. Dans le tube à essai contenant de l'eauEvian (minérale) on observe que la solution se trouble etqu'il y a peu de mousse. Dans le tube à essai contenant l'eau Hépar (très minérale), on observe que la solution devient blanche et qu'il y a très peu de mousse. Enfin dans le tube à essai contenant l'eau salée, il n'y a alors presque pas de mousse.

3- Une grande quantité de mousse signifie une bonne dissolution du savon dans l'eau. Ainsi plus l'eau est "pure", mieux le savon se mélange avec l'eau. On peut alors conjecturer que l'eau déminéralisée est meilleure pour le lavage que les autres eaux.

4- Pour prouver ceci, on a alors fait 5 tâches d'huile sur du tissu et on a lavé chaque tâche avec une eau différente en frottant de la même manière avec la brosse.

5- Résultats : Savon + Résultats

Eau déminéralisée ++

Eau du robinet ++

Eau minérale (Evian) +

Eau très minérale (Hépar) -

Eau salée --

Le sel se dissout très facilement dans l’eau notament grâce à sa polarité identique avec l'eau. Les molécules d'eau (H2O) sont polaires, c'est à dire que la charge électrique positive est répartie sur un côté tandis que celle négative sur l'autre tout en gardant unecharge neutre et se lie alors aux molécules de sel (NaCl).

Ainsi, lorsque le savon arrive, les molécules d'eau se sont déjà liées avec le sel, ce qui les rend incapables de se lier avec le savon. La graisse ne pouvant être mélangée à l'eau, il n'y a pas de possibilité de lavage dans une eau salée.

Dans le cas de l'eau minérale, l'eau contient du calcium. Ce calcium a une charge positive ce qui va attirer les têtes des molécules de savon. Au lieu de se lier avec l'eau, le savon va se lier avec le calcium présent dans l'eau minéral et ainsi perdre son action detergente.

Pour conclure, si une eau est dure (elle contient du calcium ou encore du sodium), les éléments dissouts dans l'eau vont gêner l'action du savon et l'empêcher de laver. Ainsi, pour un meilleur nettoyage, il faut utiliser de l'eau plate afin que rien ne gêne le savon pour nettoyer.

6. Lefonctionnement dusavon sur notre

peauSur notre peau, nous savons que nous avons des

bactéries. Nous avons alors étudié le comportement du savon sur les bactéries du corps.

Experience 6 :On dispose :

4 boites de Pétri contenant de la gélose pour le développement des bactéries. De l'eau Du savon De l'alcool

1- On prépare un milieu stérile.

2- On pose un doigt non lavé dans la première boite de Pétri contenant de la gélose, un second doigt, rincé àl'eau du robinet dans la deuxième boite, puis un troisième doigt lavé avec du savon dans la troisième boite, et enfin, un quatrième doigt lavé à l'alcool dans une quatrième boite.

3- On met en culture ces boites de Pétri pendant 10 jours à température ambiante (20°).

4- On compart le nombre de colonies dans chacune desboites.Voici les résultats que nous avons obtenu :

Doigt lavé avec : Rien Eau Savon Alcool

Nombre de colonies :

>100 >100 20 1

Le doigt rincé à l'eau a quasiment le même nombre decolonies que le doigt sale. L'eau n'a donc pas d'effet sur les bactéries. En revanche, le doigt lavé au savon a beaucoup moins de colonies que le doigt sale, tandis que le doigt avec de l'alcool n'a qu'une seule colonie. Le savon a donc une influence sur les bactéries de la peau mais pas autant que l'alcool.

Comme nous avons vu dans l'experience 2, le savon nesemble laver que les gras. Alors pourquoi a-t-il un impact sur les bactéries ? Nous avons donc émis une sixième hypothèse : La peau est peut être constituée de lipides, donc de gras. Le savon va alors rétirer ce gras et en même temps les bactéries accrochées sur ce gras.

Nous avons fait une experience pour prouver que la peau externe est constituée de lipides et que ces lipides sontéliminées lors du lavage par le savon.

Experience 7 :On dispose :

Notre peau Deux feuille de papier De l'eau Du savon

1- Tout d'abord, on frotte énergiquement la feuille de papier sur la peau d'un bras non nettoyé. Une tache translucide aparait, la peau est donc bien constituée de lipides.

2- On lave ensuite le bras avec de l'eau et du savon, puis on le sèche.

3- On frotte de nouveau une autre feuille de papier sur la peau. Rien n'apparait. Le gras de la peau a été enlevé.

Cette experience nous prouve que du gras s'accumule sur la peau au fil de la journée. Lors du lavage, le savon retire ce gras.

Pour prouver que notre hypothèse est vrai, nous avons dû nous documenter.

La peau est constitué de 3 principales couches :- L'hypoderme, il est composé de tissu conjonctif

lache et d'adipocytes (contenant des graisses). Ces derniers constituent une réserve de lipides et assurent un rôle d'"amortisseur" en cas de pression comme les coups ou les chutes.

-Le derme, il est riche en tissu conjonctif qui sontresponsable de la solidité et de la plasticité de la peauainsi qu'en vaisseaux sanguins qui assurent la nutrition du derme et de l'épiderme.

-L'épiderme, il est composé de cellule plus ou moinsmortes. Il est recouvert d'un film hydrolipidique, une couche composé d'eau et de graisses, et qui est sécrété par la peau afin d'éliminer ses déchets.

Ce film est une refuge pour toutes les bactéries. Lors du lavage, le savon détache ce film et toutes les bactéries qui le compose.

Ainsi, si les bactéries ne sont pas accrochées directement aux lipides, elles ne sont pas éliminés, d'oùle résultat de l'experence 6. En revanche, l'alcool tue la bactérie, c'est pour cela qu'elle est plus efficace.

7. Le savon, untensioactif

Un tensioactif est un agent de surface qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces.

Qu'est ce que la tension superficielle ?

- Lorsqu'il y a une interface qui sépare deux milieux différents, il existe une force qui s'appelle tension superficielle.

Cette tension explique de nombreux phénomènes, commecelui d'une pièce qui puisse flotter à la surface de l'eau ou celui d'un insecte qui peut se déplacer sur l'eau.

Le même phénomène se retrouve au niveau des gouttes d'eau. L'attraction est plus forte entre les molécules composant la goutte que la gravité ce qui permet la formation de gouttes presques spheriques dans certains cas.

On sait que le savon permet à l'eau de se mélanger avec du gras, mais n'a-t-il que cette influence sur l'eau ?

L'aluminium est plus dense que l'eau, et pourtant la pièce flotte.

Un insecte flotte sur l'eau

Des gouttes rondes sur une

feuille de lotus

On s'interesse alors à une chose que nous avons remarqué en faisant nos expériences : Une goutte d'eau simple sur une page de cahier ne la pénètre pas tandis qu'une goutted'eau savonneuse sur une page de cahier la pénètre.

Nous avons ainsi fait une hypothèse 7 : le savon ne permet pas seulement aux tâches de se mélanger avec l'eaumais permet aussi à l'eau de s'uniformiser sur la chose àlaver.

Ainsi nous avons réalisé quelques experiences :

Experience 8 :On dispose :

Deux bouts de jeans De l'eau De l'eau savonneuse

1- Sur le premier bout de jeans, on verse une dixaine de gouttes d'eau. Les gouttes sont visibles en surface, elles n'ont pas pénètré le jeans, elles "glissent" sur le jeans

2- Sur le deuxième bout de jeans, on verse la même quantité d'eau savonneuse. Les gouttes pénètrent instantanément le tissu. Le jeans est mouillé.

Cette expérience nous montre que le savon permet à l'eau d'aller où elle ne serait pas allé normalement. Cela va permettre un meilleur lavage. Le savon renforce le pouvoir mouillant de l'eau.

Experience 9 :Cette experience a pour but de montrer que le savon permet de baisser la tension de surface de l'eau

On dispose : Un verre contenant de l'eau Un tronbone De l'eau savonneuse

1- Tout d'abord, on « pose » délicatement le

trombone à la surface de l'eau afin qu'il flotte.

2- On rajoute quelques gouttes d'eau savonneuse. Le trombone coule.

Cette experience nous a prouvé que le savon a baisséla tension de surface de l'eau puisque le trombone a coulé. Le savon est donc bien une molécule tensioactive.

Experience 10 : En complément de la partie 6, on a fait une autre

experience pour montrer que le savon doit baisser la tension superficielle de l'eau afin de mieux nous laver la peau.On dispose :

Notre peau De l'eau De l'eau savonneuse Un rapporteur pour mesurer l'angle de la goutte

On verse une goutte d'eau et une goutte d'eau savonneuse sur notre peau. On observe que l'eau savonneuse s'"étale" sur la peau tandis que l'eau se répartit en gouttes afin de s'éloigner au maximum de la peau.

Cela prouve que le savon est essentiel pour se laverla peau. L'eau seule ne nous mouille pas la peau, elle glisse seulement sans la laver. En revanche, quand la peau est enduite de savon, l'eau adhère.

8. ConclusionL’eau et les graisses ne peuvent pas se lier parce

qu’elles sont trop différentes électriquement : l’eau estpolaire, tandis que les graisses sont de longues molécules carbonées apolaires.

Le savon, quant à lui, a la particularité d'avoir une structure commune aux deux entités : il possède une partie polaire qui va se lier à l’eau, sa tête, qui est hydrophile, et une longue chaîne carbonée similaire aux molécules de gras, sa queue, qui est lipophile.

Lorsqu'il se fixe à la tâche, il permet de réunir l'eau et le gras afin que ce dernier soit éliminé lors durinçage.

9. Bibliographie