Le savon
Le savon est formé par l’action d’une base forte sur un corps gras (réaction de saponification). La base forte est l’hydroxyde de sodium dans le cas du savon ordinaire et hydroxyde de potassium dans le cas du savon noir. Le savon est donc un sel composé d’un anion carboxylate et d’un cation Na+ ou K+.
En solution dans l’eau, le savon subit une hydrolyse partielle qui libère des ions carboxylates et du glycérol. L’ion carboxylate a des propriétés tensioactives et détergentes (dissolution des matières non solubles dans l’eau).
Un corps gras est composé principalement de triglycérides, des esters de glycérol avec des acides gras. Le glycérol C3H8O3 est le 1,2,3-propanetriol, c'est à dire une chaîne hydrocarbure saturée composée de trois atomes de carbone porteurs chacun d'un groupe hydroxyle.
Un acide gras R-(C=O)OH est un acide carboxylique à chaîne aliphatique. Un chaine aliphatique est un hydrocarbure linéaire ou ramifié ne comportant pas de cycle aromatique.
Un ester est le produit de la réaction d'un alcool sur un acide. La formule d'un ester carboxylique est R-(C=O)O-R'.
Comme nous l’avons dit plus haut, le savon se dissout partiellement dans l'eau en libérant des ions carboxylates :
L’ion carboxylate possède une extrémité chargée négativement. Cette extrémité est donc hydrophile du fait du caractère polaire de l'eau. Par contre, la chaîne carbonée est apolaire. Elle est donc hydrophobe et lipophile.
Les liquides polaires ne sont pas miscibles aux liquides apolaires. Les molécules/ions polaires s'attirent entre elles de même que les molécules apolaires. Par contre, molécules/ions polaires et apolaires n’ont aucune affinité entre elles. Il n'y a donc pas de mélange possible. Au repos les deux liquides se séparent sous l'effet de la pesanteur. Si on les brasse énergiquement, l'un d’eux (l'huile par exemple) forme des gouttelettes en suspension dans l'autre (l'eau). On appelle cet état une émulsion. La taille des gouttelettes est déterminée par l'intensité des forces de cohésion des molécules entre elles, forces de cohésion qui créent une tension superficielle à l'interface avec l'autre liquide.
Un composé chimique est dit tensioactif s'il intervient sur la tension superficielle entre ces liquides. C'est le cas de l'ion carboxylate. Il se fixe aux molécules apolaires d'un liquide gras par son extrémité lipophile et aux molécules d'eau par sa tête hydrophile. De la sorte, il assure l'interface entre les deux liquides, ce qui entraine la formation de toutes petites gouttelettes d’huile même en l'absence de brassage (solubilisation). Ces gouttelettes ne s'agrègent pas : elles se repoussent du fait de la charge électrique de la tête hydrophile.
C'est le même effet qui conduit à la formation des bulles de savon. Cette fois, c'est l'air qui joue le rôle de fluide apolaire. Il ne se forme pas des gouttelettes mais un film d'eau prisonnier entre deux pellicules de savon.
Remarque : l'effet tensioactif ne s'applique pas qu'aux bulles de savon. Il intervient également dans bien d'autres domaines, comme en cuisine, où il est essentiel pour expliquer la formation de la mayonnaise !
Le caractère amphiphile du savon mélangé à l'eau lui permet de jouer le rôle de détergent, en particulier pour éliminer la graisse sur une surface hydrophobe. La longue extrémité lipophile de l'ion n'a pas de difficulté pour s'insinuer entre les particules de graisse et le support (effet détachant). Les ions carboxylates enveloppent ensuite le corps gras, leur queue lipophile adhérant à celui-ci. L'ensemble forme une micelle sphéroïde (têtes hydrophiles dirigées l'extérieur) qui est entraînée dans le flux de l'eau lors du rinçage du fait de son adhérence aux molécules d'eau.
Il en va de même pour son action sur les virus et les bactéries. La partie hydrophobe des ions carboxylates s’accroche à la membrane lipidique du virus ou de la bactérie, alors que sa partie hydrophile est solvatée. De ce fait, la tension superficielle de la membrane est réduite et elle se déchire, entraînée par le mouvement des molécules d'eau. Dans la cas d'un virus, la molécule d’ADN ou d'ARN qui constitue son génome est mise à nu. Le virus devient donc inactif : son accrochage aux cellules vivantes est dépendant de la présence de "protéines Spike" sur la surface de sa membrane. Par ailleurs, son ADN/ARN possède des groupements hydrophobes ayant une forte affinité avec la partie lipophile des ions carboxylates. Ceux-ci découpent l’ADN/ARN tout comme ils ont décomposé la membrane. Le virus haché menu va former des micelles solubles dans l’eau qui seront entrainées au rinçage.
Remarque 1 : la membrane lipidique des virus ne constitue pas une coque infranchissable. Elle est au contraire fluide. Les molécules qui la constituent (lipides, phospholipides, protéines) se déplacent latéralement à sa surface.
Remarque 2 : les solutions alcooliques (gel hydroalcoolique) dégradent aussi les virus mais leur effet est grandement inhibée sur une surface grasse dans la mesure où l'alcool réagit avec les graisses présentes sur ladite surface (estérification).
