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Seconde · Physique-chimie · Constitution et transformations de la matière · Chapitre 9

Synthèse d’une espèce chimique

Fiche de cours6 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Espèce naturelle, synthétique, artificielle

Définition. Une espèce chimique est naturelle si elle est présente dans la nature ; elle est synthétique si elle est fabriquée par l’être humain au cours d’une synthèse, c’est-à-dire d’une transformation chimique.

Propriété. Une espèce synthétique qui existe aussi dans la nature est rigoureusement identique à l’espèce naturelle : mêmes propriétés physiques et chimiques, donc mêmes effets. Une espèce synthétique qui n’existe pas dans la nature est dite artificielle (nylon, paracétamol).

Remarque. Intérêts d’une synthèse : produire de grandes quantités, à moindre coût, en préservant les ressources naturelles (4 t{4\,\mathrm{t}} de pétales de rose pour 1 kg{1\,\mathrm{kg}} d’essence), et créer des espèces nouvelles.

2Les étapes d’une synthèse

Méthode — protocole d’une synthèse. quatre étapes, toujours dans cet ordre. Transformation (on mélange les réactifs et on chauffe, le plus souvent à reflux) →\rightarrow séparation (on isole le produit du reste du mélange : décantation, filtration) →\rightarrow purification (on élimine les impuretés : lavage, séchage) →\rightarrow identification (on vérifie la nature et la pureté du produit obtenu).

3Le chauffage à reflux

Définition. Chauffer à reflux, c’est chauffer le mélange réactionnel dans un ballon surmonté d’un réfrigérant vertical.

Propriété. Le chauffage élève la température : la transformation est plus rapide. Le réfrigérant liquéfie les vapeurs, qui retombent dans le ballon : aucun réactif ni produit ne s’échappe du montage.

Notation. L’eau froide entre par le tube du bas et sort par celui du haut : le réfrigérant reste ainsi rempli d’eau sur toute sa hauteur.

AttentionSécurité du montage

Le ballon est rempli au plus à moitié ; le haut du réfrigérant reste toujours ouvert (risque de surpression). Quelques grains de pierre ponce (ou un agitateur) assurent une ébullition régulière ; le chauffe-ballon repose sur un support élévateur que l’on peut abaisser aussitôt.

Figure 1 — Montage de chauffage à reflux.

4Séparer et purifier

Définition. La décantation sépare deux liquides non miscibles : après repos dans une ampoule à décanter, le liquide de plus grande masse volumique ρ\rho forme la phase du bas. On ouvre le bouchon, puis le robinet.

Définition. La filtration sépare un solide d’un liquide ; le liquide recueilli est le filtrat. La filtration sous vide (entonnoir Büchner et fiole à vide) est plus rapide et le solide obtenu est plus sec.

Définition. Le lavage consiste à rincer le solide resté sur le filtre avec un liquide où le produit est peu soluble (souvent de l’eau glacée) : les impuretés solubles partent, le produit reste.

5Identifier l’espèce synthétisée

Définition. La chromatographie sur couche mince (CCM) sépare les espèces d’un mélange : l’éluant monte le long de la plaque et entraîne plus ou moins les espèces déposées.

Notation. Rapport frontal d’une tache : Rf=hHR_f=\dfrac{h}{H} (sans unité, compris entre 0 et 1), où hh est la distance parcourue par la tache et HH celle parcourue par le front de l’éluant, toutes deux mesurées depuis la ligne de dépôt.

Propriété. Deux espèces identiques ont le même RfR_f dans les mêmes conditions : deux taches à la même hauteur signalent, sauf coïncidence, la même espèce (une seconde CCM avec un autre éluant le confirme). Un dépôt qui ne donne qu’une tache correspond, a priori, à une espèce pure.

Propriété. On identifie aussi une espèce en comparant ses propriétés physiques aux valeurs de référence : température de fusion θfus\theta_{\text{fus}}, température d’ébullition θeˊb\theta_{\text{éb}}, masse volumique ρ=mV\rho=\dfrac{m}{V}, indice de réfraction.

Remarque. Un produit impur fond à une température plus basse et sur un intervalle de températures.

6Travailler en sécurité

DonnéesPictogrammes de danger et équipements de protection
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    inflammable

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    corrosif

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    nocif, irritant

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    toxique

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    danger pour la santé

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    polluant
  • Toujours : blouse, lunettes de protection, gants ; cheveux attachés. Produits inflammables : aucune flamme à proximité. Vapeurs irritantes ou toxiques : travailler sous la hotte. Déchets versés dans les bidons de récupération, jamais à l’évier.

7Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Distinguer une espèce naturelle, synthétique ou artificielle et justifier l’intérêt d’une synthèse.
  • Légender un montage de chauffage à reflux et expliquer le rôle du chauffage et du réfrigérant.
  • Reconnaître, dans un protocole, les étapes de transformation, de séparation, de purification et d’identification.
  • Choisir la technique de séparation adaptée et prévoir la position des phases à partir des masses volumiques.
  • Calculer un rapport frontal et exploiter un chromatogramme pour identifier une espèce et juger de sa pureté.
  • Identifier une espèce par comparaison de θfus\theta_{\text{fus}}, θeˊb\theta_{\text{éb}} ou ρ\rho avec une valeur de référence ; respecter les consignes de sécurité.

8Exemples types

Exemplerapport frontal

Sur une plaque, le front de l’éluant est à H=5,0 cmH={5{,}0\,\mathrm{cm}} de la ligne de dépôt et une tache à h=2,0 cmh={2{,}0\,\mathrm{cm}}, d’où Rf=2,05,0=0,40R_f=\dfrac{2{,}0}{5{,}0}=0{,}40. La tache du produit synthétisé est à la même hauteur que celle du cinnamaldéhyde de référence : le produit est très probablement du cinnamaldéhyde.

Exempledécantation puis identification

On décante un mélange d’eau (ρ=1,00 g⋅mL−1\rho={1{,}00\,\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{mL}^{-1}}) et d’eugénol (ρ=1,06 g⋅mL−1\rho={1{,}06\,\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{mL}^{-1}}), non miscibles : l’eugénol est plus dense, c’est la phase du bas, que l’on recueille par le robinet. On prélève V=5,00 mLV={5{,}00\,\mathrm{mL}} du liquide récupéré, de masse m=5,30 gm={5{,}30\,\mathrm{g}} : ρ=mV=5,305,00=1,06 g⋅mL−1\rho=\dfrac{m}{V}=\dfrac{5{,}30}{5{,}00}={1{,}06\,\mathrm{g}{\cdot}\mathrm{mL}^{-1}}, la valeur de l’eugénol.

Exemplejuger de la pureté

L’aspirine synthétisée fond entre 128∘C{128{}^{\circ}\mathrm{C}} et 133∘C{133{}^{\circ}\mathrm{C}}, alors que l’aspirine pure fond à 136∘C{136{}^{\circ}\mathrm{C}}. La fusion commence plus bas et s’étale sur un intervalle : le solide contient encore des impuretés ; il faut le laver puis le sécher de nouveau.

Pièges
  • Croire qu’une vitamine C « naturelle » est meilleure que la vitamine C de synthèse : c’est la même espèce chimique, donc les mêmes propriétés.
  • Confondre synthétique et artificiel : une espèce artificielle est synthétique et absente de la nature.
  • Faire entrer l’eau du réfrigérant par le haut, ou boucher son extrémité supérieure : le montage à reflux doit rester ouvert et rempli d’eau.
  • Oublier que RfR_f n’a pas d’unité : hh et HH se mesurent toutes deux depuis la ligne de dépôt, jamais depuis le bas de la plaque.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : origine des espèces, montage à reflux, séparation, identification, sécurité

6 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

  1. Naturelle, synthétique ou artificielle ?Difficulté 1 sur 3
  2. Travailler en sécuritéDifficulté 1 sur 3
  3. Le montage de chauffage à refluxDifficulté 1 sur 3
  4. Décanter l’huile essentielle de girofleDifficulté 1 sur 3
  5. Filtration simple ou sous vide ?Difficulté 1 sur 3
  6. Un rapport frontal pour la cannelleDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Applications : arôme de poire, aspirine, musc, montage à corriger

4 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. L’arôme de poireDifficulté 2 sur 3
  2. De l’écorce de saule à l’aspirineDifficulté 2 sur 3
  3. Le musc : protéger une espèce animaleDifficulté 2 sur 3
  4. Un montage à corrigerDifficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

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Espèces naturelles et synthétiques, montage à reflux, séparation, identification

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions à choix multiples5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. L’arôme d’ananas8 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Le paracétamol7 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

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Extraction ou synthèse : la lavande ; concevoir la synthèse d’un arôme de banane

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Vrai ou faux ?5 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. La lavande : extraction ou synthèse ?8 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Concevoir la synthèse d’un arôme de banane7 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Arôme de rhum, lavage à l’eau salée, parfum de jasmin, curcuma, menthol

5 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 h 30calculatrice autorisée

  1. Pourquoi un réfrigérant ? L’arôme de rhumDifficulté 3 sur 3
  2. Laver sans perdre l’arôme : le rôle de l’eau saléeDifficulté 3 sur 3
  3. Le parfum de jasmin : quelle masse maximale ?Difficulté 3 sur 3
  4. Du vrai curcuma ? Même rapport frontal, même espèce ?Difficulté 3 sur 3
  5. Le menthol : identique… ou presqueDifficulté 3 sur 3
6

Devoir bilan

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Synthèse, mélanges, solutions, quantité de matière et transformations chimiques

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours4 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Un savon à l’huile d’olive7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. L’arôme d’amande amère5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Des coquilles d’œufs à l’acétate de calcium4 ptsDifficulté 2 sur 3

Seconde · Physique-chimie : les 17 chapitres

  1. Corps purs et mélanges
  2. Solutions aqueuses
  3. De l’atome à l’élément chimique
  4. Cortège électronique et tableau périodique
  5. Vers des entités plus stables : ions et molécules
  6. Quantité de matière : la mole
  7. Transformations physiques
  8. Transformations chimiques
  9. Synthèse d’une espèce chimique
  10. Transformations nucléaires
  11. Décrire un mouvement
  12. Modéliser une action : forces
  13. Principe d’inertie
  14. Émission et perception d’un son
  15. Lumière : propagation, spectres et réfraction
  16. Lentilles minces convergentes et modèle de l’œil
  17. Signaux et capteurs