Pourquoi la chromatographie fonctionne-t-elle ?

La chromatographie identifie différents produits chimiques en fonction des propriétés et de la mobilité des molécules du composé analysé. La chromatographie permet aux scientifiques de séparer les liquides et les gaz allant du pétrole et de l'ADN à la chlorophylle et aux encres de stylo. Les élèves peuvent également utiliser la chromatographie pour des expériences et des projets amusants.

"Chromat-" vient du mot grec "chroma", qui signifie couleur. "-Graphy" vient du latin "-graphia" ou du grec "graphein" et signifie (par Merriam-Webster) "écriture ou représentation dans un manière (spécifiée) ou par un moyen (spécifié) ou d'un objet (spécifié). » La chromatographie signifie donc littéralement écrire ou représenter avec la couleur. Une définition plus formelle de Merriam-Webster stipule que la chromatographie est « un processus dans lequel un mélange chimique transporté par un liquide ou un gaz est séparés en composants en raison de la distribution différentielle des solutés lorsqu'ils s'écoulent autour ou au-dessus d'un liquide ou d'un solide stationnaire phase."

La chromatographie fonctionne en raison des différences dans les propriétés des molécules dans les matériaux. Certaines molécules, comme l'eau, ont une polarité, elles agissent donc comme de petits aimants. Certaines molécules sont ioniques, ce qui signifie que les atomes sont maintenus ensemble par leurs différences de charge, encore une fois comme de petits aimants. Certaines molécules diffèrent par leur forme et leur taille. Ces différences de propriétés moléculaires permettent aux scientifiques de séparer les composés en molécules individuelles à l'aide de la chromatographie.

La chromatographie dépend également de la mobilité des molécules. En d'autres termes, la capacité des molécules à se déplacer détermine si la chromatographie fonctionne. Mettre des molécules dans une phase mobile nécessite soit de dissoudre la substance dans un solvant, soit d'avoir la substance à l'état liquide ou gazeux. Si un solvant est utilisé, le solvant dépend du matériau à séparer. Les mélanges de liquide et de gaz peuvent être poussés ou tirés à travers un matériau qui absorbe les molécules lors de leur passage. Quel que soit le matériau analysé, pour que la chromatographie fonctionne, le matériau doit avoir une phase mobile.

Bien que les techniques de chromatographie diffèrent, elles dépendent toutes d'une combinaison de différences moléculaires et de mobilité matérielle. La chromatographie fonctionne en faisant passer le matériau dissous, liquide ou gazeux à travers un matériau filtrant. Les molécules se séparent en couches lorsqu'elles passent à travers le filtre. Le mécanisme de séparation dépend de la méthode de filtrage, qui est déterminée par les types de molécules à séparer. Mais quelle que soit la méthode utilisée, les molécules se déplacent à des vitesses différentes à travers le filtre, séparant les molécules en couches qui apparaissent souvent sous forme de lignes colorées dans le matériau filtrant.

En général, les molécules plus grosses ou plus lourdes traversent le matériau filtrant plus lentement que les molécules plus petites ou plus légères. Les molécules se séparent lorsqu'elles se déplacent car elles se déplacent à des vitesses différentes, tombant comme des sédiments qui tombent de l'eau lorsque le volume ou l'énergie de l'eau diminue.

Alors que de nombreux tests de chromatographie nécessitent un équipement et des techniques spéciaux, la chromatographie peut être utilisée dans certaines expériences à la maison et à l'école en utilisant des matériaux simples.

Analyse d'encre de stylo

Une simple démonstration de chromatographie utilise des filtres à café et une variété de marqueurs. Si les stylos utilisent des encres solubles dans l'eau, le solvant utilisé est de l'eau. Si les marqueurs utilisent de l'encre permanente, l'alcool isopropylique fonctionne souvent comme un solvant. Commencez par aplatir un filtre à café. Placez le filtre à café sur une assiette jetable ou un autre matériau pour éviter de tacher les surfaces sous-jacentes. Utilisez une variété de stylos pour faire des points autour de la partie centrale du filtre. Ajoutez de l'eau ou de l'alcool au centre du filtre à café. Une cuillère à café fonctionne bien pour cela. N'ajoutez pas assez de liquide pour créer une flaque d'eau; l'eau ou l'alcool devrait se dilater à partir du centre. Au fur et à mesure que le liquide sort du centre, les encres se dissolvent et se déplacent vers l'extérieur du centre. Différents pigments dans les encres se sépareront, réalisés à partir de la tache d'encre initiale et déposés en rangées en fonction des molécules de pigment.

Chromatographie chlorophyllienne

Un projet de chromatographie un peu plus compliqué mais tout aussi intéressant sépare la chlorophylle trouvée dans les feuilles. La chlorophylle se trouve dans les feuilles des plantes. Bien que la chlorophylle soit verte, la plupart des feuilles contiennent également des pigments supplémentaires tels que des caroténoïdes, qui créent les couleurs rouge et orange que vous voyez en automne. Ces caroténoïdes et autres pigments se révèlent à mesure que la chlorophylle verte se dégrade, c'est pourquoi les feuilles des plantes à feuilles caduques présentent des couleurs différentes à l'automne. Commencez par sélectionner plusieurs feuilles vertes. Écrasez les feuilles et faites tremper les morceaux dans de l'alcool isopropylique ou de l'acétone (également appelé propanone). La chlorophylle s'échappera des feuilles et rendra le liquide vert.

• L'alcool isopropylique et l'acétone sont tous deux inflammables. Ne les placez pas et ne les utilisez pas à proximité ou avec des flammes ou une source de chaleur.

Pour séparer les pigments, coupez une bande d'environ un pouce de large à partir du centre d'un filtre à café aplati ou utilisez du papier de chromatographie. Collez une extrémité du papier à un crayon. Versez environ 1 pouce de liquide dans un récipient légèrement plus court que la bande de papier. Posez le crayon sur le dessus du récipient de sorte que le fond du papier soit dans le liquide. Le liquide montera dans le papier en raison de l'action capillaire, entraînant la chlorophylle et d'autres molécules de pigment. Au fur et à mesure que le liquide s'évapore, les molécules restent sur le papier, créant des lignes de pigment. Retirez le papier lorsque les lignes deviennent distinctes, car si le papier est laissé trop longtemps, le liquide finira par transporter toutes les molécules de pigment vers le haut du papier.