Curiosités chimiques - une conférence expérimentale

Matériel : deux béchers de 800 ml, une bouteille de 0.75 l, un verre à vin, trois pipettes de 5 ml, une éprouvette de 1 l, lunettes et gants de protection Produits chimiques : Na2CO3 (soda), FeCl3, NH4SCN Procédure expérimentale : avant l'expérience les 2 béchers et la bouteille de vin sont préparés. 3 ml d'une solution de Na2CO3 à 5 % et 700 ml d'eau sont versés dans le premier bécher. Le bécher 2 contient 2 ml d'une solution de FeCl3 à 30 %, et on place 2 ml d'une solution de NH4SCN à 30 % dans la bouteille. Pendant la démonstration le contenu du premier bécher (solution claire) est versé dans le 2e qui devient légèrement jaune. Cette solution est versée dans la bouteille pour la « fermentation » rapide. Versé dans le verre à vin, le résultat ressemble à du vin rouge. Il ne faut pas goûter de ce vin ! Dépose de produits : les solution sont inoffensives et peuvent passer à l'évier. H.W. Roesky, « Spectacular Chemical Experiments », page 89, 2007, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KgaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : agitateur magnétique avec aimant, bouteille vide de Coca-Cola d'un litre, deux béchers de 250 ml, éprouvette de 20 ml, entonnoir, lunettes et gants de protection Produits chimiques : Solution 1 : solution d'amidon à 0.2 % Solution 2 : 5 g acide iodique dans 100 ml d'eau Solution 3 : 2.1 g Na2SO3 dans 100 ml d'eau Procédure expérimentale : la bouteille vide est placée sur l'agitateur magnétique et 930 ml d'eau y sont versées, suivies de 15 ml de la solution d'amidon. 20 ml de la solution d'iodate, et 20 ml de la solution sulfite sont ajoutés en laissant bien agiter. Après env. 30 secondes la solution prend la couleur typique de Coca-Cola, due au bleu du complexe iode-amidon et d’iode élémentaire. Surtout ne pas boire la solution produite ! Elimination des déchets : les solutions sont inoffensives, de faible concentration, et peuvent passer par l'évier. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 277, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : bouteilles en plastique avec goulot étroit (50 ou 100 ml), bouchons, générateur d'étincelles, bougie sur un socle, conduits de gaz, bécher d'un litre, pipette à gouttes, éprouvette, lunettes et gants de protection Produits chimiques : hydrogène, oxygène, pétrole léger, eau Procédure expérimentale : 1) une bouteille en plastique de 50 ml est remplie d'oxygène jusqu'à ce que tout l'air soit remplacé, puis bouchée. Deux gouttes de pétrole sont ajoutées, le tout bien agité, est placé sur la bougie à étincelles. Le mélange est allumé avec le générateur d'étincelles. La bouteille est généralement fendue par l'explosion. 2) Avant l'expérience on marque avec un trait les volumes d'oxygène et d'hydrogène sur la bouteille en plastique. La bouteille, remplie d'eau, est placée tête en bas dans le bécher, également rempli d'eau. Ensuite les gaz (oxygène d'abord) sont amenés dans la bouteille par un tuyau flexible, pour remplacer l'eau jusqu'aux marques apposées. La bouteille fermée par un bouchon est bien agitée, et placée sur la bougie. Par une étincelle la réaction est déclenchée, faisant voler la bouteille dans l'air. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 284, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit avec permission.

Mesures de sécurité : cette expérience doit être faite derrière une vitre protectrice. CS2, produit très toxique, a un point d'ébullition très bas. Le tube doit être rempli dans une pièce bien aérée. Port de lunettes et gants indispensable. Appareil : tube en verre de 120 cm, de diamètre de 7 à 8 cm, fermé d'un côté et avec bouchon à un trou d'autre côté. Bouchon en caoutchouc, bec à gaz, seringue de 5 ml, montage avec noix et pince, verre protecteur, lunettes et gants de protection Produits chimiques : N2O (quelques litres, sous pression) et sulfure de carbone, CS2 Procédure expérimentale : le tube est fixé dans une position verticale et rempli par en bas avec N2O jusqu'à ce que tout air soit remplacé. Ensuite 5 ml de CS2 y sont placés avec la seringue, puis l'ensemble est bien mélangé. Cela produit une surpression : tenir bien le bouchon en caoutchouc, et l'ouvrir une ou deux fois. Le tube est placé verticalement, cette fois-ci avec le bouchon vers le haut, le bouchon est enlevé rapidement, puis le gaz allumé avec le bac à gaz. Explication : la réaction entre N2O et CS2 produit N2, CO, SO2 et soufre élémentaire d'après 3 N2O + CS2 → 3 N2 + CO + SO2 + 1/8 S8 Cette réaction est accompagnée d'un bruit caractéristique, qui ressemble à un chien qui aboie. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 254, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : Erlenmeyer de 500 ml, bec à gaz, briquet, support réfractaire, lunettes et gants de protection Produits chimiques : méthanol, fil de platine (0.8 – 1.0 mm), fil de nickel (0.5 mm) Procédure expérimentale : 80 ml de méthanol sont placés dans l'Erlenmeyer et chauffés entre 40 et 60° C. Une petite figure formée du fil de platine est suspendue à l'aide du fil de nickel en 1 cm au-dessus de la surface du méthanol. Le fil de platine doit être chauffé auparavant avec le bec à gaz ou le briquet. Dans une pièce sombre on remarque que le fil de platine devient incandescent – au maximum de l'intensité le méthanol est allumé et brûle pour un petit moment puis s'éteint. A ce moment le fil n'est presque plus visible, mais recommence son émission lumineuse et le méthanol reprend feu. Ce cycle continue jusqu'à la consommation complète du méthanol. Explication : le méthanol est oxydé avec catalyseur (réaction exothermique, chauffant le fil en platine) en formaldéhyde 2 CH3OH + O2 → 2 CHOH + 2 H2O La combustion du méthanol produit CO2 et H2O. 2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O La combustion s'étouffe par manque d'oxygène, et l'oxydation catalytique reprend. Elimination des déchets : le méthanol non-consommé est placé dans un récipient pour déchets organiques non-halogénées. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 260, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit avec permission.

Matériel : bécher de 500 ml, trois béchers de 200 ml, agitateur magnétique avec aimant, lunettes et gants de protection Produits chimiques : acide malonique HOOCCH2COOH, iodate de sodium NaIO3, MnSO4 x H2O, H2SO4 à 1 mol/L, H2O2 à 10 %, amidon soluble, eau distillée Procédure expérimentale : trois solutions sont préparées Solution A : 1.5 g d'iodate de sodium et 10 ml H2SO4 à 1 mol/L avec 100 ml d'eau distillé Solution B : 1 g d'acide malonique, 1.5 g sulfate de manganèse et 10 ml d'une solution d'amidon à 1 % avec 100 ml d'eau distillé Solution C : 135 ml d'eau oxygéné à 10 % Les trois solutions incolores sont versées simultanément dans le grand bécher et bien agitées. Après un petit moment l'oscillation entre une couleur bleue et légèrement jaune démarre. Explication : le réaction de Belousov-Zhabiotinsky utilisée ici est initiée par la réduction du iodate en iode élémentaire par l'acide malonique et le sulfate de Mn. Le présence du iode élémentaire est mise en évidence par la formation du complexe iode/amidon de couleur bleu intense. Le iode élémentaire réagit ensuite avec l'acide pour donner de l'acide mono ou di-substitué en iode transparent. La réaction se termine par une complexion lente des ions Mn(II) par l'acide malonique substitué. Elimination des déchets : le volume, traité avec une solution de lait de chaux, est décanté, puis les résidus insolubles sont transférés dans un bidon pour sels inorganiques de faible toxicité. La solution, à pH 7 à 8, est inoffensive et peut passer à l'évier. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 264, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Mesures de sécurité : port de lunettes de protection obligatoire Matériel : électrolyseur (grande éprouvette avec connecteur et bouchon avec 2 électrodes en nickel, avec support, transformateur, robinet à gaz), petite assiette en porcelaine, pique en bois (env. 30 cm) Produits chimiques : H2SO4 à 1 mol/L, solution de savon Procédure expérimentale : un mélange d'oxygène et d'hydrogène est produit par électrolyse de la solution de H2SO4, par une tension de 20 Volt. Le mélange est conduit dans la solution de savon, pour la faire mousser. Le courant est coupé, et l'assiette porté à au moins un mètre de l'électrolyseur, puis le gaz allumé avec le pique incandescent. Le mélange explose avec un grand fracas pour produire de l'eau. L'explosion peut être si violente que l'assiette ne résiste parfois pas. Il faut absolument s'assurer de la distance suffisante entre l'électrolyseur et le lieu de l'explosion, sinon le générateur de gaz risque d'exploser, projetant des éclats de verre et d'acide. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 287, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Mesures de sécurité : hydrogène et oxygène forment des mélanges explosifs. Lunettes de protection indispensables Matériel : grande cannette ou boîte de conserve (env . 1 litre), briquet, tuyau à gaz, lunettes et gants de protection Produits chimiques : hydrogène Procédure expérimentale : un petit trou (2 ml de diamètre) est fait à la base de la cannette, à l'aide d'un clou. La cannette est placée sur la table avec une légère inclinaison, et l'hydrogène est amené par un tuyau à gaz flexible. Il faut s'assurer qu'il n'y a plus d'air dans la cannette. L'hydrogène qui s'échappe est allumé avec un briquet ; après env. 30 secondes une explosion se produit. Explication : l'hydrogène brûlé laisse entrer l'air dans la cannette jusqu'à ce qu'un mélange oxygène/hydrogène explosif soit atteint, qui part avec la flamme pour former de l'eau. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 282, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Mesures de sécurité : la réaction doit être produite derrière une vitre de protection dans une enceinte bien aérée. Aucune substance inflammable ne doit être à proximité, et le support doit résister au feu. Le chlorate de potassium est un oxydant puissant qui réagit violemment avec des substances organiques ce qui peut mettre le feu aux mélanges ou provoquer même des explosions. Matériel : grand tube en verre, bec à gaz, montage avec noix et pince, lunettes et gants de protection Produits chimiques : chlorate de potassium (KClO3), ours en gélatine Procédure expérimentale : 10 g de chlorate de potassium sont placés dans le tube à essai, et fondues à l'aide du bec à gaz. L'ours en gélatine qui est ajouté commence aussitôt à brûler vivement et à danser sur le sel fondu, émettant un bruit caractéristique. Attention : la réaction peut être si violente qu'une partie du chlorate est éjecté par le CO2 ou eau libérés. Le tube à essai doit être fixé et ne jamais pointer vers le public. Elimination des déchets : le chlorate est traité avec HCl dilué, et ensuite neutralisé par la soude. La solution de sel (NaCl) est sans danger et peut passer à l'évier. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 35, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : un fil à linge de 25 à 30 m, une bouteille d'un litre en PET, une seringue de 100 ml, une horloge, une seringue de 1 ml avec canule de 4 à 5 cm , un tube en PVC (10 cm de long, 1 cm de diamètre), un générateur d'étincelles avec 2 câbles de 2 m, un grand support (1,2 m de haut), serre-joint, deux électrodes en cuivre (qui sont montés avec la canule de la petite seringue dans un bouchon en caoutchouc), lunettes et gants de protection. Produits chimiques : Pentane (0.3 ml par expérience, le point d'évaporation est de 36° C), oxygène (100 ml de gaz par expérience) Mesures de sécurité : pentane, mélangé à de l'oxygène, est explosif ! Il faut se tenir impérativement aux quantités indiquées, et ne jamais mettre un mélange pentane/oxygène pur dans la bouteille. Des boules Quies sont conseillées à cause du bruit de l'explosion. Lunettes et gants de protection doivent être portés. Procédure expérimentale : le tube en PVC est fixé avec un scotch au milieu de la bouteille et sert à guider la fusée le long du fil à linge. Un bout du fil est accroché au mur de la salle, assez haut pour pas être attrapé par les spectateurs. Le fil est passé par le tube en PVC, puis attaché au portant, lui-même fixé par un serre-joint à la paillasse. L'ouverture de la bouteille pointe vers la paillasse. Les électrodes sont fixées au statif, et 100 ml d'oxygène sont placées dans la bouteille qui est fermée avec le bouchon percé, portant les électrodes et la canule de la petite seringue. Avec cette seringue 0.3 ml de pentane sont insérés dans la bouteille. Après 2 ou 3 minutes le pentane s'est évaporé, et on déclenche la réaction de combustion par une étincelle à l'intérieur de la bouteille, qui est propulsée le long du fil, en émettant une flamme bleue. L'expérience peut être répétée après un nouveau chargement de la bouteille. H.W. Roesky, « Spectacular Chemical Experiments », page 145, 2007, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KgaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : trois béchers d'un litre, six béchers de 250 ml, trois béchers de 50 ml, trois bâtons de verre, éprouvette de 500 ml, horloge, lunettes et gants de protection Produits chimiques : eau distillée, KIO3, Na2SO3, amidon, H2SO4 concentré, éthanol Solution A : 8.6 g KIO3, dissout dans 200 ml d'eau Solution B : 8 g H2SO4 concentré, 20 ml d'éthanol, 2.32 g Na2SO3, dans 2000 ml d'eau Solution C : 1 g d'amidon dans 500 ml d'eau chaude. Cette solution doit être préparée juste avant l'expérience Procédure expérimentale : Eau distillée, solution C (amidon) et la solution de sulfite (B) sont placées une après l'autre dans les trois grands béchers (quantités plus loin). Après addition de la solution B les solutions sont bien remuées. La quantité nécessaire de solution A doit être mise simultanément dans les 3 béchers : Bécher 1 : 200 ml d'eau + 20 ml solution C + 100 ml solution B + 100 ml solution A Bécher 2 : 400 ml d'eau + 20 ml solution C + 100 ml solution B + 100 ml solution A Bécher 3 : 600 ml d'eau + 20 ml solution C + 100 ml solution B + 100 ml solution A Après avoir ajouté la solution A le contenu des trois béchers est bien remué, puis laissé pour env. 7 secondes. Le changement de couleur vers le bleu apparaît dans le premier bécher après 10 à 15 secondes, dans le 2e après env. 30 secondes, et dans le 3e après 1 minute. Une grande horloge est pratique pour relever ces temps. Explication : trois réaction sont impliquées, dont la première, lente, détermine le changement de couleur. Les ions iodate IO3– sont réduits par les hydrogène-sulfites en iodures IO3– + HSO3– → I– + 3 HSO4– (lent) Les iodures sont rapidement consommés par médiamutation pour donner de l’iode élémentaire, qui réagit avec l'amidon pour former un complexe de couleur bleue : IO3– + 5 I– + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O (rapide, donnant la « couleur bleue ») Tant qu'il reste des ions hydrogène sulfite, le complexe avec l'amidon n'est pas stable I2 + HSO3– → 2 I– + HSO4– + H3O+ (très rapide, consommant la « couleur bleue ») Pour que le bleu du complexe iode-amidon persiste, tous les ions hydrogène sulfite doivent être consommés. Elimination des déchets : les solutions sont inoffensives, de faible concentration, et peuvent passer par l'évier. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 270, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Depuis la découverte du phosphore blanc au 17e siècle, la lumière chimique a toujours fasciné l'homme. Mesures de sécurité : Nous ne connaissons pas la toxicité précise du luminol. Il peut provoquer des sensibilisations par inhalation ou contact avec la peau. Hexacyanoferrate (III) est toxique, le contact avec la peau est à éviter. L'eau oxygénée est un oxydant puissant, qui peut se décomposer avec explosion en présence de métaux ou composées organiques. NaOH attaque la peau. Le port de lunettes et gants de protection est indispensable. Matériel : fiole de 20 ml, entonnoir, deux béchers de 600 ml, deux béchers de 400 ml, deux éprouvettes de 50 ml, lunettes et gants de protection Produits chimiques : Luminol (5-amino-1,2,3,4-tetrahydrophtalazine-1,4-dione), solution de soude à 10 %, hexacyanoferrate (III) de potassium, solution H2O2 à 30 %, eau distillée Solution A : 1g de luminol et 50 ml de solution de soude à 10 %, dans 450 ml d'eau Solution B : 500 ml de solution d'hexacyanoferrate (III) à 3 % (15 g de sel dans 485 ml d'eau) Solution C : 50 ml de solution A dans 350 ml d'eau distillée Solution D : 50 ml de solution B dans 350 ml d'eau, avec 3 ml H2O2 à 30 % Procédure expérimentale : Quelques cristaux d’hexacyanoferrate (III) sont placés dans la fiole, dans laquelle les solutions C et D sont ajoutées simultanément à l’aide de l’entonnoir. La lumière bleue émise peut être régénérée plusieurs fois en ajoutant de petites quantités de solution de soude. Alternativement, les solutions C et D peuvent être versées dans une spirale en verre, terminant dans un grand bécher qui contient quelques cristaux (env. 0.1 g) de K3[Fe(CN)6] Explication : le luminol est converti en milieu alcalin, avec émission de lumière. L'hexacyanoferrate de potassium agit comme catalyseur, intensifiant la lumière mais en raccourcissant ainsi la durée de l'émission lumineuse. Elimination des déchets : réduire les solutions à un volume de 100 ml, puis les transférer au dépôt de métaux lourds. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 188, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Mesures de sécurité : lunettes et gants de protection seront de mise. La réaction est parfois si violente qu'un morceau de charbon est projeté hors du tube à essai, qui ne doit jamais être pointé vers le public. Le charbon se consume tranquillement si le tube est couvert d'une gaze de cuivre. Matériel : grand tube à essai, bec à gaz, fixation pour tube à essai, assiette en porcelaine, lunettes et gants de protection Produits chimiques : nitrate de potassium, charbon de bois, morceau de soufre élémentaire Procédure expérimentale : 5 g de nitrate de potassium sont fondus dans le tube à essai à l'aide du bec à gaz, au-dessus l'assiette en porcelaine, au cas où que le tube se brise. Un morceau de charbon de bois de taille d'un petit pois est ajouté lorsque des bulles apparaissent dans le sel fondu. Le morceau de charbon brûle intensément, en dansant sur la surface du sel fondu. Le morceau de charbon peut être remplacé par un morceau de soufre, qui se transforme avec une flamme brillante en dioxyde de soufre. Cette dernière expérience doit être faite sous une hotte aspirante. Explication : à température modérée KNO3 est réduit en KNO2, avec formation de CO et CO2. A la température du KNO3 fondu une autre réaction se produit 3 C + 2 KNO3 → K2CO3 + N2 + CO +CO2 Elimination des déchets : après dissolution dans l'eau, les sels peuvent passer à l'évier. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 298, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : projecteur, boîte de Pétri en verre (10 cm diamètre, hauteur de 1,5 cm), 2e disque (15 cm diamètre), papier filtre rond (14 cm diamètre), serviette en papier, bécher de 250 ml, pipette 1ml, lunettes et gants de protection Produits chimiques : solution de 1% d'indicateur vert de bromocrésole en solution d'alcool, HCl relativement concentré, solution de soude à 0.005 mol/l Procédure expérimentale : 100 ml de la solution de soude sont placés dans le bécher, et 1 ml de l'indicateur vert est ajouté. 50 ml de cette solution sont versées dans la plus petite des deux boîtes de Pétri, qui est posée sur le projecteur pour transparents. L'image projetée montre une solution bleue. Le papier filtre est imprégné avec la solution d'acide chlorhydrique dans la boîte de Pétri plus grande, et posé pour env. 10 secondes sur la boîte de Pétri avec la solution bleue. Après avoir retiré le papier filtre une structure chimique commence son apparition, des bandes jaunes grandissantes sous fond bleu. Explication : la solution de soude absorbe des vapeurs de HCl à la surface et change de couleur vers le jaune. Les courants de convection font monter constamment la solution bleue plus chaude vers la surface, faisant déplacer alors la couleur jaune de la surface. Elimination des déchets : la solution peut être gardée pour d'autres expériences, après régénération par ajout de NaOH (quelques gouttes à 0.1 mol/l). Sinon, grâce à la dilution importante, la solution est inoffensive pour l'environnement. H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 133, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.