Résumés scientifiques du professeur Naso

Publiée le 07/10/2021
Les résumés du professeur Naso

Cuivre vs. cuivre

Le but de l'expérience est de créer un porte-clé. Pour cela nous allons utiliser une plaque dont la base est en polymère et recouverte d'une couche de cuivre, que l'on va soigneusement polir des deux côtés. Nous allons ensuite protéger une partie du cuivre avec un autocollant, puis le plonger dans une solution brûlante de chlorure de sodium (NaCl) et de sulfate de cuivre (CuSO4). Ainsi le cuivre Cu° non protégé par l'autocollant entre dans une réaction chimique avec le cuivre du CuSO4 qui est présent dans la solution sous la forme de Cu2+. Ils se transforment donc tous deux en une troisième forme de cuivre, le Cu1+,qui ne colle pas au cuivre ni à la plaque de polymère. Enfin pour finir notre expérience, il faut enlever l'autocollant, poncer la surface cuivrée restante avec un morceau de laine d'acier et ainsi le faire briller. A présent nous pouvons enfin admirer notre beau porte-clé !

Pourquoi polir la surface de cuivre ?

Car il se forme sur le cuivre une pellicule de protection. Pour effacer, impuretés, gras des doigts…

Electricité contre fer

Pour commencer, nous allons préparer une solution électrolytique avec du sel de table (NaCl), qui accélérera la corrosion du fer (Fe). Nous allons ensuite ajouter de l'ascorbate de sodium qui permettra de voir les traces de fer décomposé dans la solution. Pour finir, nous allons plonger des lames de fer dans la solution et les connecter à des piles grâce à des pinces crocodiles. Nous pouvons admirer un "brouillard" violet qui se matérialise près d'une des lames de fer, dans la solution ! Ce sont des ions ascorbate qui détectent des traces de fer décomposé et forment ce brouillard donnant ainsi cette couleur. Mais pourquoi une seule des deux lames est-elle affectée ?

Que se passe-t-il avec la deuxième lame de fer ?

Les particules d'hydrogène (O2) de l'eau sont d'accord pour récupérer les ions de fer en trop, cette réaction forme des bulles sur cette lame.

Le serpent de sucre

La poudre s'agit en fait de saccharose (sucre) mélangé à du sodium ( NaHCO3). C'est ce mélange qu' on appelle Hydrogénocarbonate, qui est versé dans le creux d'un combustible solide que l'on chauffe entre des feuilles d'aluminium, Lorsqu'il entre en contact avec du feu, le combustible se transforme en poudre brûlée puis plusieurs réactions chimiques s'enchaînent et finissent par former une silhouette de serpent.

Qu'est ce que le saccharose et d'où vient-il ?

Et bien le saccharose c'est du sucre que l'on récolte à partir de canne à sucre, canne à sucre que l'on peut notamment trouver dans les pays tropicaux.

Nuit égyptienne

Tout d'abord il nous faut préparer une solution d'amidon. L'amidon est excellent pour détecter le diiode I2 : il deviendra bleu foncé si I2 est présent. Mais tant qu'il n'y a pas de I2, il restera tel quel. En ajoutant également du Iodure de potassium (KI), qui produit des particules d'iodure I-, l'amidon ne le détectera pas. Enfin, en ajoutant du thiosulfate de sodium (Na²S²O3)  qui produit du thiosulfate (S²O3²-), les solutions de Na2S2O3, KI et d'amidon ne produiront rien de visible pour l'instant. Enfin, versons du chlorure de fer (FeCl3) et de l'eau dans un bécher. Le FeCl3 est impatient de récupérer les électrons de I- et les aide à se combiner pour former des molécules de diiode I2. Pour finir nous allons mélanger les liquides et observer attentivement la réaction.

Comment changer le temps de réaction ?

Cette réaction est une version des réactions d’horloge chimique. Le moment où la solution change de couleur peut être calculé à la seconde près, et dépend de la quantité de réactifs utilisée pour la réaction. Les proportions des substances utilisées influencent la vitesse de ces changements. Par exemple, en ajoutant deux fois moins de thiosulfate de sodium, la solution deviendra bleue deux fois plus lentement.

Diffusion à travers les plastiques

Tout d'abord il faut préparer une solution d'amidon. Les pommes de terre sont une excellente source de ce composé. Et, bien que l'amidon ait du mal à se dissoudre, il réagit très rapidement avec le diiode. Quand cela se produit, il se forme un composé bleu foncé. C'est la raison pour laquelle l'amidon peut être utilisé pour se mélanger avec le diiode. Il nous faut maintenant un sachet de plastique. Le plastique (polyéthylène) ne laisse pas passer l'eau. Le sachet doit donc être parfaitement hermétique. Ensuite il nous faut mélanger des cristaux de sulfate de cuivre (CuSO4) et la solution d'iodure de potassium (KI) dans le sachet. Aucun de ces réactifs ne peut passer à travers la paroi du sachet. La réaction entre CuSO4 et KI crée du diiode I2 à l'intérieur du sachet. Du diiode se forme à l'intérieur du sachet et la solution d'amidon dans le bécher devient toute bleue. Pouvons-nous deviner ce qui s'est passé ?

Iode

Tout d’abord il nous faut préparer à l’avance de la glace. Ensuite, lorsqu’ils sont mélangés, le sulfate de cuivre (CuSO4) et l’iodure de potassium (KI) réagissent entre eux : les ions I- donnent leurs électrons à Cu2+ et s’associent, pour se transformer en molécules I2. La chaleur intensifiera la réaction. Il faut donc remuer pendant 10 secondes le mélange dans un bécher et préparer un poêle. Maintenant, mélangeons du thiosulfate de sodium penta hydraté (Na2S2O3) dans un gobelet rempli d’eau froide et mettons le dans le bécher. Puis, il faut ajouter la glace et chauffer le mélange pendant 10 minutes. Ce dernier réagit intensément et produit de la vapeur de diiode I2 violette. Mais sur les parois froides du gobelet, la vapeur se transforme en cristaux (d’où l’utilité de l’eau froide et de la glace). Enfin, éteignons le feu, attendons 3 minutes et enlevons le gobelet du bécher en prenant soin de ne pas toucher les cristaux de diiode. Souvenons-nous de la solution de thiosulfate de sodium (Na2S2O3) que nous avons préparé dans le gobelet. C’est maintenant qu’elle entre en jeu ! Le diiode I2 est très volatil et ne doit pas être inhalé. Heureusement, il peut facilement être reconverti en I- s’il est exposé au Na2S2O3. Pour finir, versons donc la solution dans le bécher avec l’autre mélange puis observons les cristaux avec une lampe torche.

Pourquoi le sel de table est-il iodé ?

L’iode est important pour le développement mental et la croissance grâce à la thyroïde mais si elle est en manque d’iode on augmente nos chance de provoquer un goître (maladie de carence de la thyroïde). L’iode se trouve dans les fruits de mer et les produits laitiers. Pour la fabrication du sel de table on utilise des molécules synthétiques, comme l’iodure de potassium (KI). Suite à une expérience faite sur la population aux États-Unis, les scientifiques ont donc remarqué une baisse de la maladie du goître mais aussi que le QI de la population américaine avait augmenté de 3,5 !

Cristal d'iode

Fonte de soufre

Pour commencer nous aurons besoin d'un poêle et de soufre, puis faire de le chauffer dans un photophore. Pour information, le soufre est le cinquième élément le plus répandu sur Terre en termes de masse. Il se présente généralement sous forme de composés complexes, dont certains sont essentiels pour les organismes vivants. Il est rare de nos jours de trouver cette forme jaune et poudreuse du soufre présente ici. C'est sa forme pure et nous allons étudier ses propriétés. Les molécules de soufre solide occupent des positions fixes. Lorsqu'elles sont chauffées, elles peinent à rester immobiles : elles se mettent à vibrer et abandonnent leurs sièges fixes, à tel point que le solide devienne liquide. Puis, une fois que le soufre liquide a refroidi, ses molécules ralentissent, sans pour autant revenir à leur place. Le trombone froid sert de centre de cristallisation : au fur et à mesure que les molécules se heurtent contre lui, elles se déposent en formant un petit cristal de soufre. D'autres molécules à proximité se heurtent au cristal et y adhèrent une par une, le faisant grandir dans toutes les directions.

Le soufre est-il malléable comme l'argile ?

Lorsque ce processus est chauffé plus longtemps, il devient brun-rouge et visqueux, à cause des chaînes de molécules plus longues. Si la substance refroidi plus rapidement, les chaînes n'ont pas le temps de se décomposer. Donc, cette substance devient en soufre plastique dont malléable comme l'argile.

Placage arc-en-ciel

L'expérience commence par nettoyer la surface d'une plaque de fer afin qu'elle puisse facilement prendre part au réactions chimiques. Après on va protéger une partie de la plaque de fer avec un autocollant. Il faudra maintenant appliquer généreusement une solution de sulfate de cuivre non pentahydraté (CuSO4) sur la section non protégée de la plaque, puis observer la réaction. Pour de meilleurs résultats, on va la rincer à l'eau dès que la surface s'assombrit. Cela arrêtera la réaction. Ensuite en séchant soigneusement la plaque avec du papier filtre, puis en retirant l'autocollant, on peut déjà voir l'image mais ce n'est pas encore fini ! L'image que l'on voit sur la plaque est formée d'une fine couche de cuivre. Lorsqu'il est chauffé, le cuivre peut réagir avec le dioxygène (O²) de l'air pour former des oxydes de cuivre (Q2O). Les oxydes de cuivre sont des poudres anodines, mais lorsqu'ils composent de fines couches, ils donnent cette fameuse couleur arc en ciel.

Où voir encore cet effet arc-en-ciel ? 

Cet effet se retrouve dans les minces pellicules d'huile, d'essence et d'autres composés organiques. Cet effet irisé se retrouve aussi largement chez les animaux sauvages : dans le plumage d'oiseaux, dans les tissus tégumentaires des insectes, ainsi que dans les écailles des reptiles aquatiques.

Alchimie

Nous allons avoir besoin de chaleur pour cette expérience. Le combustible solide nous en fournit juste assez. Il nous faut donc recouvrir un poêle d'une feuille d'aluminium puis déposer trois grandes cuillères bombés de combustible. Ensuite versons dans un moule une solution de sulfate de zinc (ZnSO4) : elle contient des ions (Zn2+). Le chlorure d'ammonium (NH4CL) les aidera à se déplacer dans la solution et à interagir avec les autres participants de cette réaction. Nous allons donc en verser trois grandes cuillères. Plaçons ensuite un anneau de cuivre (Cu) et un fil de zinc (Zn) dans le moule. Le zinc dont est composé le fil et le Zn2+ de la solution sont deux formes différentes du même élément : les particules de zinc sont recouvertes d'électrons tandis que les ions Zn2+ flottent librement dans la solution. Au lieu d'un anneau de cuivre, nous pouvons aussi utiliser une pièce de cuivre. Assurons-nous simplement de bien la nettoyer avant. Puis en brûlant le combustible jusqu'à qu'il s'éteigne de lui même, l'anneau en cuivre devient argenté sous nos yeux ! Pour finir rinçons-le sous l'eau. Mais avons-nous réellement transformé du cuivre en argent ?

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