Voir aussi la réaction oscillante de Belousov-Zhabotinskii.|
Voir aussi la réaction oscillante de Belousov-Zhabotinskii. |
Sommaire :
1. Oxydo-réduction n°1: Expérience de la bouteille bleue
Bibliographie :
" L’oxydoréduction, concepts et expériences " Auteurs : Sarrazin et Verdaguer Editeur :ellipses
Expérience:
Placer 50 mL de solution de potasse dans un erlen de 100 mL
muni d'un bouchon. Ajouter 1 gramme de glucose puis 1 à 1,5 mL de solution de
bleu de méthylène. Homogénéiser et boucher l'erlen. La solution initialement
bleue devient rapidement incolore (en quelques dizaines de secondes au maximum).
Agiter le flacon: la solution devient bleue puis se décolore lentement. On peut
recommencer le cycle jusqu'à épuisement de l'atmosphère au-dessus de la
solution si le flacon est bouché ou jusqu'à épuisement du glucose. La
solution devient progressivement jaunâtre.
.Explications:
C'est une réaction d'oxydation du glucose par l'oxygène
dissous catalysée par les ions HO- et le bleu de méthylène. Le bleu de
méthylène sert aussi d'indicateur redox: sa forme oxydée est bleue, sa forme
réduite incolore.
Lorsqu'on agite le flacon, l'oxygène dissous oxyde le bleu de méthylène
"en bleu" jusqu'à épuisement de l'oxygène dissous; il y a alors
décoloration.
Matière d’œuvre :
2. Oxydo-réduction n° 2 : Expérience de la bouteille multicolore:
Bibliographie :
" L’oxydoréduction, concepts et expériences " Auteurs : Sarrazin et Verdaguer Editeur :ellipses
Expérience:
Dans un petit erlen de 100 mL, mélanger 10 mL de solution A
de potasse et 10 mL de solution B de glucose. Ajouter 1,5 mL de la solution C de
benzoïne et 1,2 mL de la solution D de carmin d’indigo. Le carmin d'indigo,
d'abord bleu, devient vert immédiatement. Boucher le flacon.
Après une courte période d'induction, la solution devient violette, rouge,
orange et en dernière instance, jaune. On revient directement à la coloration
verte en agitant vigoureusement le flacon. On revient progressivement au vert en
passant par toutes les couleurs, dans l'ordre inverse, en secouant le flacon
d'abord doucement, puis de plus en plus vigoureusement. On peut recommencer
l'expérience plusieurs fois. Quand la couleur verte s'atténue, on peut ajouter
de la solution D si l'on souhaite continuer l'expérience.
Explications:
L'interprétation est fondamentalement la même que pour
l'expérience précédente: le carmin d'indigo dont la forme oxydée
IndOx est verte en milieu basique est à la fois indicateur d'oxydo-réduction
et catalyseur. Il est réduit par le glucose et sa forme réduite
IndR est de couleur jaune. L'oxygène de l'air, qui se dissout lorsque l'on
agite le flacon, oxyde la forme réduite jaune du carmin d'indigo en forme
oxydée verte.
Il est probable que la couleur violette soit due à un produit d'oxydation de
la benzoïne.
En outre, celle-ci accélère la réaction qui se produit en son absence
mais plus lentement.
Matière d’œuvre :
Solution A: solution de potasse (4 g de potasse pour 150 mL
d'eau)
Solution B: solution de glucose (5 g de glucose dans 150 mL d'eau)
Solution C: solution de benzoïne (0,1 g de benzoïne dans 100 mL de méthanol)
Solution D: solution de carmin d'indigo (0,5 g de carmin d'indigo dans 100 mL
d'eau)
3. Oxydo-réduction n° 3 : réaction chronomètre :
Bibliographie :
Préparation aux Olympiades de chimie Nancy-Metz 1995 : T.P " Magie chimique "
Expérience :
Placer dans 2 erlens différents :
Vider l’erlen A dans B en agitant rapidement. Après un peu d’attente, une coloration bleue foncée doit apparaître et disparaître ensuite.
Explications :
L’iode (coloration bleue foncée en présence d’empois d’amidon) peut se former par une réaction lente entre les ions iodate IO3- et hydrogénosulfite HSO3- :
2 IO3-+ 2 H++ 5 HSO3- ® I2+ H2O + 5 HSO4-
L’iode formée peut disparaître par une réaction rapide avec HSO3- :
I2 + HSO3- + H2O ® 2 I- + 2 H+ + HSO4-
L’iode peut également disparaître par une réaction lente avec l’acide malonique
HOOC-CH2-COOH + I2 ® I- + HOOC-CHI-COOH + H+
L’iode qui se forme est d’abord détruit par l’ion
hydrogénosulfite HSO3- : pas de couleur.
Ensuite l’iode se trouve en excès quand il n’y a plus de HSO3- :
coloration bleue foncée.
Puis l’iode disparaît par réaction avec l’acide malonique : décoloration.
Dans ces réactions chronomètres, l’état de propreté de la verrerie, l’homogénéisation
des solutions sont des paramètres importants.
Matière d’œuvre :
Bibliographie :
" Chimie des couleurs et des odeurs " Auteurs : Capon, Courilleau, Valette Editeur : Cultures et Techniques (Nantes)
Explications:
La chromatographie est une méthode physique de séparation
basée sur les différences d'affinités des substances à analyser à l'égard
de deux phases, l'une stationnaire ou fixe, l'autre mobile.
Selon la technique chromatographique mise en jeu, la séparation des composants
entraînés par la phase mobile, résulte soit de leur adsorption et de
leur désorption successives sur la phase stationnaire, soit de leur solubilité
différente dans chaque phase.
On définit un coefficient de partition K:
K = masse de soluté dans la phase stationnaire par unité de volume /masse de soluté dans la phase mobile par unité de volume
En chromatographie sur couche mince, chaque constituant d'un mélange a une affinité propre pour l'adsorbant (la silice) et pour l'éluant, il va donc progresser avec une vitesse qui lui est propre. Chaque constituant est caractérisé par son Rf
Rf= distance parcourue par le constituant : distance parcourue par l'éluant
On peut ainsi séparer les constituants d'un mélange
Séparation des pigments du paprika par CCM et matière d’oeuvre:
On a placé dans un ballon de 100 mL, 2 grammes de paprika
commercial et 20 mL de dichlorométhane. Après chauffage à reflux pendant 30
minutes puis filtration, la solution obtenue renferme tous les pigments du
paprika qui ont été extraits par le dichlorométhane.
Procéder à la CCM (3 dépôts sur la même plaque)
Adsorbant : gel de silice
Eluant : dichlorométhane
Révélateur: inutile, les pigments apparaissent sous forme de taches colorées
que l'on peut facilement identifier.
Le paprika contient de nombreux pigments colorés qui sont facilement séparés
par chromatographie. Par CCM, on obtient une large tache rouge représentant le
pigment majoritaire qui donne au paprika sa couleur rouge sombre. Il est
constitué d'un mélange d'esters d'acides gras de la capsanthine.
Le paprika contient d'autres caroténoïdes que la capsanthine, en particulier:
·
des esters d'acides gras de la capsorbine
·
du b-carotène:
5.Chromatographie n° 2 : chromatographie sur tissu:
Bibliographie :
Journal of Chemical Education décembre 1992
Expérience et matière d’œuvre :
L'exemple qui suit est une chromatographie radiale que
l'on fera de préférence sous la hotte à cause des solvants utilisés:
Tendre sur un cristallisoir d'environ 15 cm de diamètre, un morceau de tissu de
coton blanc. Le maintenir tendu à l'aide d'un bracelet élastique.
Repérer le centre du cercle formé par le tissu.
Placer 4 à 6 taches de feutres permanents sur la circonférence d'un cercle
imaginaire, environ quatre fois plus petit que le cristallisoir.
A l'aide d'un compte-gouttes, appliquer l'éluant (propan-2-ol/eau en
proportions volumiques 7/3) au centre du cercle de telle sorte que l'éluant
mouille le tissu et se déplace radialement vers les bords en créant un
chromatogramme.
Quand le motif a atteint la taille voulue, arrêter les ajouts d'éluant et
laisser sécher le tissu environ 10 min sous la hotte.
Pour certains feutres, on pourra constater que les couleurs observées sont
obtenues par mélange de différents colorants.
6. Expérience sur les polymères n
°1 : synthèse du nylon 6-6Bibliographie :
" Enseigner la chimie organique au lycée " Auteurs : Cémente, Durupthy A et O. Editeur : Scodel (cet ouvrage n’est plus édité)
Principe:
Les monomères sont
Les chaînes formées auront pour formule:
¾ NH¾ (CH2)6¾ NH¾ CO¾ (CH2)4¾ CO¾ NH¾ (CH2)6¾ NH¾ et sont liées entre elles par des ponts hydrogène.
Mode opératoire et matière d’ouvre:
Les solution utilisées sont du chlorure d'adipyle en
solution à 5% dans le tétrachlorure de carbone et de l'hexaméthylène diamine
à 5% dans de l'eau.
Mettre 2 à 3 mL de solution de chlorure d'adipyle dans un petit bécher;
ajouter très lentement un volume égal de solution d'hexaméthylène diamine en
évitant le mélange. Avec un petit crochet, tirer une fibre de l'interface: on
peut enrouler de longues fibres de nylon.
On peut éventuellement rajouter un peu de phénolphtaléine qui colorera en
rose la phase aqueuse
7. Expérience sur les polymères n° 2 et colorants naturels : mise en évidence de la réticulation des chaînes et boules caméléons
Bibliographie :
Journal of Chemical Education
Présentation des alginates :
L’alginate de sodium, extrait des algues séchées est un
gélifiant et épaississant utilisé sous la désignation E 401 dans la
préparation de laits gélifiés et chocolatés, crèmes, crèmes légères sous
pression, confiserie, pâtisserie, gommes à mâcher etc..
C’est un polysaccharide (M # 240 000 g/mol). En présence de cations divalents
comme les ions calcium Ca2+, il y a réticulation de chaîne et
obtention de billes ou de serpentins gélatineux qui disparaissent en présence
d’un excès d’ions sodium.
Expérience de réticulation des chaînes :
Vous disposez d’une solution d’alginate de sodium et d’une
solution de chlorure de calcium.
Placer 10 mL de solution de chlorure de calcium dans un bécher et verser
en un fin filet (compte gouttes) 10 mL de solution d'’alginate de
sodium (volumes mesurés à l’éprouvette graduée).
Observer les billes ou serpentins gélatineux qui se forment par
réticulation.
Prélever quelques billes et les verser dans un tube à essais contenant une
solution saturée de chlorure de sodium : boucher avec un bouchon, agiter
et faire observer la disparition des billes gélatineuses en présence d’un
excès d’ions sodium
Les boules caméléons :
Principe :
On prépare des petites boules d’alginate de sodium imprégnées de solution contenant des anthocyanes (extrait de chou rouge ou de raisin). Ces anthocyanes sont des indicateurs acido-basiques : leur couleur passe du rose en milieu acide à une teinte jaune en milieu basique.
Extraction des anthocyanes:
100 g de feuilles de chou rouge (ou de grains de raisins, ou de feuilles d’azalée) sont mis à bouillir dans 400 mL d’eau pendant 10 minutes puis refroidis à température ambiante. On obtient une coloration violette après filtration à travers un papier filtre.
Préparation des boules caméléons (préparées à l’avance) :
On mélange 10 mL de solution à 2% d’alginate de sodium et 15 mL de solution d’anthocyanes. On ajoute ce mélange goutte à goutte à 50 mL d’une solution aqueuse de chlorure de calcium à 1% à température ambiante en maintenant une agitation magnétique modérée. Des petites boules se forment. On les conserve à environ 4°c pendant une nuit avant utilisation pour améliorer leur résistance.
Expérience (les couleurs indiquées correspondent au chou rouge) :
Placer plusieurs boules dans un tube à essais contenant un peu d’eau déminéralisée et quelques gouttes d’acide chlorhydrique à 0,1 mol/L : les billes présentent une couleur rouge. Ajouter goutte à goutte de la soude à 0,1 mol/L pour rendre le milieu basique : la couleur des boules vire au bleu puis au jaune orange.
Après 5 minutes à pH= 13, la solution est acidifiée par addition d’acide chlrhydrique à 0,1 mol/L. Les boules virent du jaune orangé au bleu et après au rouge clair. Cette opération est répétée jusqu’à ce que les boules se brisent.
|
à pH 1 |
à pH 7 |
à pH 13 |
Répétable |
|
|
Raisin (peau) |
rose |
violet |
jaune-vert |
5 à 8 fois |
|
Chou rouge |
rouge |
bleu |
jaune-orange |
5 à 8 fois |
|
Azalée (fleur) |
rouge violet |
rose |
jaune |
4 à 5 fois |
Matière d’œuvre :
8. Extraction de la caféine du thé:
Bibliographie :
" Chimie organique expérimentale " Auteurs : Chavanne, Julien, Beaudoin, Flamand Editeur : Belin
Expérience et matière d’œuvre :
Placer dans un extracteur soxhlet 300 mL d'eau + 30 g de
feuilles de thé + 15 g de carbonate de calcium dans une cartouche. Après une
dizaine de cycles d'extraction, placer le liquide dans une ampoule à décanter
et extraire la phase aqueuse avec 3 fois 40 mL de dichlorométhane.
Sécher sur sulfate de magnésium anhydre.
Evaporer à l'évaporateur rotatif.
On peut recristalliser la caféine dans un mélange propanone- éther de
pétrole: dissoudre le solide dans 10 mL de propanone chaude; ajouter de
l'éther de pétrole jusqu'à persistance du trouble. Réchauffer pour dissoudre
à nouveau. Refroidir dans la glace; filtrer sur büchner: on récupère environ
0,5 g de caféine et on peut prendre son point de fusion.(TF= 234 à
236,5 °C)
Des agents de saveurs comme la chlorophylle et des tannins sont entraînés en
même temps que l'eau mais l'addition de carbonate de calcium les transforme en
sels insolubles éliminés par filtration. La caféine et la chlorophylle sont
extraites de la solution par le dichlorométhane.
La purification est réalisée par recristallisation.
9. Isolement de l'huile de clou de girofle par entraînement à la vapeur:
Installer le générateur de vapeur.
Placer dans un tricol de 500 ml: 30 g de clou de girofle moulu et 150 mL d'eau.
Réaliser un entraînement à la vapeur puis recueillir le distillat et le
transvaser dans une ampoule à décanter.
Extraire avec 3 fois 20 mL de dichlorométhane. Recueillir les phases
organiques. Sécher sur sulfate de magnésium anhydre.
Eliminer le dichlorométhane à l'évaporateur rotatif.
Le principal constituant de l'huile obtenue est de l'eugénol
(2-méthoxy,6-allyl, phénol)
Les huiles essentielles, dont l'huile de clou de girofle sont un mélange de
composés organiques peu solubles dans l'eau qui confèrent aux plantes leur
odeur. Pour cette raison, elles sont employées comme ingrédients en parfumerie
ou comme agents de saveur dans l'alimentation.
10. Etude d’un équilibre ou l’œuf sur le plat :
Bibliographie :
Journal of Chemical Education Mars 1997
Expérience et matière d’œuvre :
Dans une boîte de Pétri, on place des cristaux d’iodure
de potassium de différentes tailles et on ajoute une goutte d’une solution de
nitrate de plomb à 0,1 mol/L sur chaque cristal. On observe des aiguilles
jaunes de PbI2 si le cristal est petit, un cœur de PbI2
entouré d’aiguilles blanches de KPbI3 (type œuf sur le plat) pour
un cristal de taille moyenne, uniquement KPbI3 pour les plus gros
cristaux ou une solution claire contenant des complexes PbIn(n-2)-.
2 K+ + 2 I- + Pb2+ 
PbI2(s) + 2 K+
(1)
PbI2(s) + K+ + I- KPbI3(s) (2)
La solubilité de KI est suffisante pour dissoudre de
relativement gros cristaux dans une seule goutte de solution de Pb(NO3)2.
Cependant la présence de forte concentration de KI déplace les équilibres
vers la droite.
Si le cristal n’est pas assez gros, on observe un mélange de PbI2
et KPbI3 et avec un petit, seule la première réaction est possible.
Dans le cas où le mélange des 2 solides est en équilibre avec l’iodure de
potassium dissous, il est possible de déplacer l’équilibre, d’après la
loi de Le Chatelier :
Pour tout renseignement supplémentaire vous pouvez écrire à : Edith ANTONOT, Professeur de Chimie
mèl :
edith.antonot@ac-nancy-metz.fr
| Retour sommaire |
|
 (Word ) exp-chim.zip |
