Le vert malachite

E3C2 – 10 points – Durée 1h – calculatrice autorisée

Sujet n°G1SPHCH02730 , n°G1SPHCH02758 et n°G1SPHCH02781

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Le vert malachite est une espèce chimique organique artificielle. Son nom évoque la malachite, qui est une roche dont la couleur bleu-vert est proche de celle de cette espèce chimique. Le vert malachite est utilisé comme indicateur coloré mais aussi dans le traitement d’infections bactériennes des poissons en pisciculture et en aquariophilie.

Cet exercice a pour objectif d’étudier :

• la synthèse du vert malachite ;
• certaines précautions d’utilisation du vert malachite en aquariophilie.

Données

Caractéristiques du vert malachite :

• formule brute : C₂₃H₂₅N₂Cl ; masse molaire M = 364,0 g·mol^–1

Table simplifiée en spectroscopie infrarouge :

Liaison	Nombre d’onde (cm-1)	Intensité
O-H libre	3650 - 3580	Bande forte et fine
O-H liée (pont hydrogène)	3100 -3500	Bande forte et large
O-H (acide carboxylique)	2500 - 3300	Bande forte et large
Ctri-H (Ctri : carbone trivalent)	3000 - 3100	Bande moyenne
Ctet-H (Ctet : carbone tétravalent)	2800 - 3000	Bande forte
C-H de CHO (aldéhyde)	2650 - 2900	Bande moyenne, parfois 2 bandes
C=O (aldéhyde, cétone)	1650 -1730	Bande forte
C=O (acide carboxylique)	1690 - 1760	Bande forte
C=C	1625 - 1685	Bande moyenne
Ctet-H	1415 - 1470	Bande forte
Liaison carbone-carbone d’un cycle benzénique :	1450-1600	Variable, 3 à 4 bandes

1. Synthèse du vert malachite

La première étape de la synthèse du vert malachite au laboratoire consiste à chauffer à reflux pendant 10 minutes, le mélange suivant : 4,0 mL de benzaldéhyde, 4,0 mL de diméthylaniline, 3 g de chlorure de zinc et quelques grains de pierre ponce.

1.1. Choisir, parmi les montages suivants, celui qui permet de réaliser un chauffage à reflux.

A	B	C

Schéma A

1.2. Légender le schéma du montage choisi à la question précédente, en reportant sur votre copie les numéros du schéma.

1 : Réfrigérant

2 : Ballon

3 : Chauffe ballon

4 : Support élévateur

Un des réactifs de la synthèse est le benzaldéhyde. Le benzaldéhyde est susceptible de s’oxyder à l’air en acide benzoïque lorsque le flacon est ouvert ; la transformation est représentée ci-dessous. Il convient donc de vérifier la pureté du benzaldéhyde avant de l’utiliser comme réactif.

1.3. Reproduire sur votre copie les formules du benzaldéhyde et de l’acide benzoïque, puis pour chacune entourer le groupe caractéristique et l’associer à une famille de composés.

Benzaldéhyde : Famille aldéhyde

Acide benzoïque : Famille acide carboxylique

1.4. Après avoir défini une oxydation, justifier que le passage du benzaldéhyde à l’acide benzoïque est une oxydation.

Oxydation : perte d’électron

Benzaldéhyde : C₇OH₆

Acide benzoïque : C₇O₂H₆

 C₇OH₆ +H₂O= C₇O₂H₆+2H⁺+2e^–

Le passage du benzaldéhyde à l’acide benzoïque est une oxydation car il y a une perte d’électrons.

1.5. Associer à chacune des deux molécules (benzaldéhyde et acide benzoïque) l’un des spectres infrarouge reproduits ci-après en expliquant la démarche suivie.

Benzaldéhyde : Famille aldéhyde C=O          Nombre d’onde 1650 -1730 – Bande forte

Acide benzoïque : Famille acide carboxylique C=O  Nombre d’onde 1690 – 1760  Bande forte et O-H (acide carboxylique)  Nombre d’onde 2500 – 3300 Bande forte et large

La différence entre les deux est la liaison O-H (acide carboxylique) avec un Nombre d’onde 2500 – 3300 Bande forte et large

Benzaldéhyde : Spectre 1

Acide benzoïque : Spectre 2

Pour vérifier la pureté du benzaldéhyde dans le flacon entamé, il est possible de mettre en œuvre une chromatographie sur couche mince (CCM).

1.6. Indiquer les dépôts qui pourraient être effectués sur la plaque de chromatographie pour effectuer cette analyse et l’allure du chromatogramme obtenu si le benzaldéhyde est pur ou s’il est partiellement oxydé.

Cas A benzaldéhyde partiellement oxydé	Cas B benzaldéhyde pur
1       benzaldéhyde pur 2       Acide benzoïque pur 3       Produit	1       benzaldéhyde pur 2       Acide benzoïque pur 3       Produit

2. Utilisation du vert malachite en aquariophilie

Le vert malachite peut être utilisé comme traitement contre la maladie des « points blancs » contractée par les poissons dans les bassins d’eau douce, mais il est nécessaire d’éliminer le surplus de vert malachite à la fin du traitement en utilisant du charbon actif. Pour cela, une analyse de l’eau du bassin est réalisée pour déterminer la concentration restante en vert de malachite. Un extrait du cahier de laboratoire du technicien responsable du bassin est fourni ci-après.

2.1. Déterminer la valeur de la concentration en quantité de matière apportée de vert malachite, de la solution aqueuse fabriquée par le technicien dans l’étape 1.

$c=\frac{n}{V}$
Or $n=\frac{m}{M}$
Donc
$c=\frac{m}{M\times V}=\frac{1,8.10^{-3}}{364,0\times500.10^{-3}}=9,9.10^{-6}\ mol.L^{-1}$

2.2. Déterminer si la modélisation effectuée à l’étape 3est en accord avec la loi de Beer-Lambert dont l’énoncé est attendu, ainsi que le nom des grandeurs et des unités.

A = 8,2.10⁴ C

Donc A=KC  c’est une droite qui passe par l’origine, c’est en accord avec la loi de Beer-Lambert

Avec :

• A l’absorbance
• 8,2.10⁴ le coefficient directeur
• C la concentration molaire

Le volume du bassin est V_bassin = 1,2 × 10⁴ L. On considère ici que 1,0 g de charbon actif peut piéger au maximum 10 mg de vert de malachite.

2.3. Déterminer le nombre de sacs de charbon actif de 500 g que doit utiliser le technicien pour éliminer le vert de malachite restant dans l’eau du bassin.
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie même si elle n’a pas abouti.

$A_{eau-bassin} = 0,67$

Trouvons $C$ :
$C = \frac{A}{8,2.10^4}= \frac{0,67}{8,2.10^4}=8,2.10^{-6}\ mol.L^{-1}$

On considère ici que 1,0 g de charbon actif peut piéger au maximum 10 mg de vert de malachite.

Trouvons la masse de vert de malachite.
$n=\frac{m}{M}$
$m=n\times M$

Or
$c=\frac{n}{V}$ , donc $n=C\times V$
d’ou $m=C\times V\times M$

$m=8,2.10^{-6}\times1,2.10^4\times364,0=36\ g$

charbon actif	1,0 g	x
vert de malachite	10 mg	36 g

$x=\frac{1,0\times36}{10.10^{-3}}=3600\ g$

Or 1 sac de charbon actif est de 500 g

sac	1	x
masse	500 g	3600 g

$x=\frac{1\times3600}{500}=7,2\ sacs$

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