TP virtuel de chromatographie sur papier : colorants et Rf

Ce TP virtuel de chromatographie sur papier suit le TP obligatoire (required practical) d'AQA GCSE Chemistry sur la séparation de substances colorées et le calcul des Rf, et se prolonge par le TP d'A-level Biology sur les pigments des feuilles. Les élèves déposent deux colorants de bonbons et quatre colorants alimentaires de référence sur une ligne de dépôt tracée au crayon, laissent l'eau monter dans le papier, repèrent le front de l'éluant et mesurent chaque tache avec une règle à l'écran. Ils calculent les Rf, associent les inconnus aux références et vérifient pourquoi la ligne de dépôt doit être au crayon et au-dessus de l'éluant. Une séance donne un tableau de Rf complet et une identification claire.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Chemistry 4.8.1.3 (chromatographie) et son TP obligatoire : séparer des substances colorées par chromatographie sur papier et calculer Rf = distance parcourue par la substance ÷ distance parcourue par l'éluant.
• AQA A-level Biology 3.5.1, TP obligatoire 7 : séparation des pigments photosynthétiques par chromatographie (voir Prolongement).
• Cambridge IGCSE Chemistry : chromatographie, valeurs de Rf et identification de substances par comparaison avec des références.

Simulic n'est pas affilié à AQA, à Cambridge ni à aucun organisme d'examen, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou en question 1 du lien de classe :

« On dépose une goutte du colorant d'un bonbon marron sur la ligne de dépôt, puis l'eau monte dans le papier. Qu'allez-vous voir ? »

Beaucoup d'élèves s'attendent à une seule tache marron qui monte. Certains pensent qu'il ne se passera rien, parce que « le marron est une seule couleur ».

Protocole dans la simulation

La simulation s'ouvre sur la distillation : les élèves changent donc d'abord de méthode.

1. Sous la simulation, cliquez sur Chromatographie sur papier, puis sur Colorants et Eau. Laissez cochées les cases Ligne de dépôt au crayon et Éluant sous la ligne de dépôt.
2. Lisez la liste des pistes : A bonbon vert, B bonbon marron, C à F les références E102, E110, E129 et E133.
3. Cliquez sur Lancer. Laissez l'éluant monter jusqu'à ce que le papier soit retiré (front à 110 mm), ou cliquez plus tôt sur Pause : le Rf est le même.
4. Touchez le centre de chaque tache. La simulation lit la distance sur la règle, depuis la ligne de dépôt, et ajoute une ligne au tableau : distance de la tache, distance du front, Rf et un commentaire.
5. Associez chaque tache des pistes A et B à la référence qui a le même Rf et la même couleur.
6. Décochez Ligne de dépôt au crayon et relancez. Puis recochez-la, décochez Éluant sous la ligne de dépôt et relancez encore une fois.

Piste	Couleur de la tache	Distance de la tache (mm)	Distance du front (mm)	Rf	Correspond à la référence
A bonbon vert
B bonbon marron
C à F références

Résultats attendus

Toutes les valeurs viennent de la simulation, avec l'eau comme éluant et le front à 110 mm :

Colorant (couleur)	Distance de la tache (mm)	Rf
E133 bleu brillant (bleu)	101	0,92
E102 tartrazine (jaune)	88	0,80
E110 jaune orangé S (orange)	68	0,62
E129 rouge allura (rouge)	50	0,45

• Bonbon vert (A) : une tache jaune à Rf 0,80 et une tache bleue à 0,92 ; il contient donc E102 et E133.
• Bonbon marron (B) : jaune 0,80, rouge 0,45 et bleue 0,92 ; il contient donc E102, E129 et E133. Aucun bonbon ne contient E110.
• Ligne de dépôt à l'encre : le trait se dissout et monte dans le papier sous forme d'une bande bleue qui se mélange aux résultats.
• Éluant au-dessus de la ligne de dépôt : les taches se dissolvent dans l'éluant de la cuve et il ne reste rien à mesurer.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Que voit-on quand le colorant du bonbon marron migre dans l'eau ?
2. Pour identifier les colorants par leur Rf, qu'est-ce qui doit être identique pour les échantillons de bonbons et les références ?
3. Quel est le Rf de la tache rouge du bonbon marron ?
4. Quels colorants alimentaires le bonbon marron contient-il ?
5. Pourquoi la ligne de dépôt doit-elle être tracée au crayon, et l'éluant commencer en dessous ?

Réponses pour l'enseignant : (1) Trois taches séparées, de couleurs différentes, à des hauteurs différentes. (2) Le même éluant et le même papier (migration côte à côte). (3) 0,45 (accepter de 0,43 à 0,47). (4) E102, E129 et E133. (5) Le graphite est insoluble, donc un trait de crayon reste en place ; l'encre se dissoudrait et migrerait en bande. Si l'éluant recouvre la ligne de dépôt, les taches se dissolvent dans l'éluant au lieu de monter dans le papier.

Idées fausses fréquentes

• « Une substance pure ne donne aucune tache. » Elle donne une seule tache. Un mélange en donne plusieurs.
• « Le Rf dépend de la durée de migration. » Les distances augmentent avec le temps, mais leur rapport reste le même. Une pause plus tôt, avec le front à 93 mm, donne les mêmes Rf.
• « Le colorant qui monte le plus haut est le plus lourd. » C'est le plus soluble dans l'éluant et le moins retenu par l'eau du papier.
• « Le Rf est le même dans tous les éluants. » Passez à Éthanol avec Encres : l'encre jaune passe de Rf 0,92 à 0,30.

Prolongement

• Pigments des feuilles (A-level Biology) : choisissez Pigments de feuille et Éther de pétrole–propanone. La simulation donne un Rf de 0,95 pour le carotène, 0,71 pour la xanthophylle, 0,65 pour la chlorophylle a et 0,45 pour la chlorophylle b. Comparez les pistes de la feuille de soleil et de la feuille d'ombre.
• Encre insoluble : avec Encres dans l'eau, le marqueur permanent noir reste sur la ligne de dépôt. Dans l'éthanol, il monte jusqu'à Rf 0,86. Demandez aux élèves ce que cela dit du choix de l'éluant.

Questions fréquentes

Le lien de classe peut-il s'ouvrir directement sur la chromatographie sur papier ?

Oui. Dans votre lien de classe, réglez les valeurs de départ Méthode = Chromatographie sur papier, Échantillons déposés sur le papier = Colorants alimentaires et Éluant (papier) = Eau. Les élèves peuvent quand même les changer, donc l'étape 1 du protocole reste utile.

Est-ce que cela remplace le TP obligatoire ?

Non. Les TP obligatoires d'AQA doivent être faits à la main. Utilisez la simulation pour préparer le TP, pour s'entraîner aux calculs de Rf ou pour les élèves qui l'ont manqué. Voir laboratoires virtuels ou réels.

Ces valeurs de Rf sont-elles réelles ?

Ce sont des valeurs illustratives, dans le même ordre que dans les expériences scolaires. Les valeurs réelles dépendent du papier, de l'éluant et de la température.

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