Séparation d’un composé par chromatographie

La chromatographie fonctionne du fait que les molécules qui ont en commun une caractéristique appelée polarité tendent à s’attirer les unes les autres. Une molécule polaire est une molécule dont une région est riche et l’autre pauvre en électrons. Ces régions sont parfois représentées comme étant chargées négativement et positivement. Les molécules polaires sont retenues ensemble par la force d’attraction qui s’exerce entre les charges opposées des différentes molécules. Les molécules d’eau comportent des régions riches en électrons sur les atomes d’oxygène et des régions pauvres en électrons sur les atomes d’hydrogène. En conséquence, les molécules d’eau sont polaires et se tiennent ensemble parce que la région positive d’une molécule d’eau est attirée par la région négative d’une autre. Ces interactions expliquent le point d’ébullition élevé de l’eau.

Le papier est constitué de molécules extrêmement longues appelées cellulose. Cette dernière est un polymère, ce qui signifie qu’elle est faite de milliers de plus petites molécules attachées les unes derrière les autres, comme les perles d’un collier. Ces « perles », qui forment les chaînes de cellulose, sont polaires et, par conséquent, la cellulose comporte de nombreuses régions où la densité des électrons est élevée et faible. Les régions « chargées » d’une chaîne de cellulose sont attirées vers les régions à charge opposée d’une chaîne adjacente, ce qui contribue à retenir ensemble les fibres du papier. On peut démontrer que les longues chaînes de cellulose sont alignées dans une même direction en déchirant une feuille de papier journal. Vous découvrirez en effet qu’il est plus facile de déchirer le papier journal en droite ligne dans un sens que perpendiculairement à ce sens, où il est quasi impossible de le déchirer en ligne droite.

Compte tenu de ce qui précède, vous pensez sans doute que seules les molécules polaires identiques sont attirées les unes par les autres. Mais qu’arrive-t-il lorsque vous trempez l’extrémité d’une feuille de papier-filtre (à café) dans un gobelet d’eau ? L’eau « grimpe » dans le papier ! Ce processus survient parce que les molécules d’eau polaires qui entrent en contact avec le papier-filtre montent dans le papier à mesure qu’elles découvrent dans la cellulose de nouvelles régions chargées auxquelles elles adhèrent pour être relayées, par en dessous, par d’autres molécules d’eau provenant du gobelet.

On utilise des mélanges de colorants pour fabriquer les encres de couleurs différentes. Chaque colorant est constitué d’un composé chimique particulier. Supposons que vous traciez un point, avec un crayon-feutre noir, au bout d’une bande de papier. Qu’arriverait-il si vous trempiez ensuite cette bande de papier dans un gobelet d’eau en vous assurant que la marque de crayon-feutre reste au-dessus du niveau de l’eau ? L’eau grimperait dans le papier, tout comme dans l’exemple précédent, mais l’encre serait également entraînée vers le haut par l’eau. En fait, les différents colorants de l’encre monteraient dans le papier jusqu’à des hauteurs différentes selon qu’elles seraient plus ou moins attirées par la cellulose du papier ou l’eau en ascension dans le papier. Au bout du compte, toutes les différents colorants utilisés pour fabriquer l’encre seraient séparés les uns des autres. Il s’agit là d’une expérience qui est agréable et facile à faire pour illustrer ce principe.