Exp�riences de chimie utilisables en 1�re S
option sciences exp�rimentales
(Edith Antonot- lyc�e L. Vincent)
Voici quelques exp�riences de chimie utilisables pour la plupart dans le cadre de l’option sciences exp�rimentales en premi�re S. Certaines ont d�j� �t� pr�sent�es lors des journ�es U.D.P de Metz en 97 et ont fait l’objet d’une publication (BUP avril 98)
1. Synth�se d'un colorant azo�que et impression sur tissu par action de la lumi�re sur un colorant:
1.1.Source:
Pr�paration r�gionale aux Olympiades de la Chimie
1.2.Principe:
Un tissu de coton est imbib� d’une solution contenant une amine aromatique
(primuline ; commercialis�e chez Aldrich). Il est ensuite trait� par le
nitrite de sodium en milieu acide . Il se forme alors un sel de diazonium.
Le morceau de tissu est ensuite plac� entre un transparent et une plaque de verre.
Cette plaque de verre est plac�e au-dessus du tissu pour le maintenir � plat. Le
transparent comporte un dessin fait au feutre noir bien opaque. L'ensemble est plac� sur
une insoleuse et on l'�clairera pendant 20 minutes environ (dur�e d�pendant de la lampe
utilis�e).
L'�clairement intense provoque la d�composition de ce sel de diazonium partout o� la lumi�re arrive, mais pas sous le masque noir.
On peut alors proc�der � l'�tape de copulation de ce sel de diazonium non d�truit avec du b-naphtol et on peut ainsi obtenir une image ou un texte de la couleur du colorant azo�que form� sur le tissu.
1.3.Mode op�ratoire:
(pour un �chantillon de tissu d’environ 8 x10 cm, de masse environ 1 g)
Etape 1: coloration du tissu
Pr�lever 40 mL de solution de primuline � 500 mg/L, les placer dans un b�cher de 250 mL puis compl�ter � 100 mL avec de l'eau et ajouter 1 gramme de chlorure de sodium. Placer l’�chantillon de tissu dans le b�cher. Porter � �bullition 15 minutes. Retirer le tissu du b�cher, le rincer et l'essorer sommairement.
Etape 2: Diazotation
Mettre dans un b�cher, 50 mL de solution � 5 grammes par litre de nitrite de sodium
NaNO2 et 50 mL de solution d'acide chlorhydrique � 0,1 mol/L. Refroidir la solution
obtenue en dessous de 10�C (bain de glace).
Placer le morceau de tissu dans la solution.
Observer la "mont�e" de la couleur. Laisser dans le bain 15 minutes.
Rincer rapidement � l'eau froide et retremper le tissu dans environ 50 mL d'une
solution d'acide chlorhydrique � 0,05 mol/L. Essorer sommairement.
Etape 3:Insolation
Placer le transparent sur l'insoleuse, puis le tissu, puis la plaque de verre. La dur�e d'insolation est de 20 minutes environ (� r�gler en fonction de la lampe utilis�e).
Etape 4: R�action de copulation
Mettre le tissu dans un b�cher contenant 50 mL de solution � 12 grammes par litre de
b-naphtol en milieu soude � 0,1 mol/L.
La r�action de copulation est rapide; retirer le tissu au bout de une ou deux minutes,
le rincer puis le s�cher entre deux feuilles de papier filtre.
2. Quelques exp�riences sur les complexes du cobalt(II):
2.1. Source :
En partie Universit� d’Et� de Chimie " Chimie et
Lumi�re "1993
2.2. Pr�sentation de diff�rents complexes :
Dans 3 tubes � essais, placer un peu de solution de chlorure de cobalt (II) � 0,1
mol/L (environ 1 cm de haut). Noter la couleur.
Ajouter:
� dans le tube 1: de l'acide chlorhydrique concentr� � l'aide d'un compte gouttes ou d'une pipette. Noter la couleur observ�e.
� dans le tube 2: un peu de solution de thiocyanate de potassium (ou sulfocyanure de potassium)( K++ SCN-). Noter la couleur observ�e.
� dans le tube 3: un peu de solution de potasse (hydroxyde de potassium) concentr�e si possible au fond du tube. Noter la couleur observ�e.
Sachant qu'en solution aqueuse le cobalt (II) est sous forme d'ions complexes Co(H2O)62+, r�pondre aux questions suivantes:
� quelles sont les couleurs des complexes suivants: Co(H2O)62+ Co(SCN)42- CoCl42- Co(OH)3- Co(OH)2
� classer par stabilit� croissante: Co(H2O)62+ et Co(SCN)42- Co(H2O)62+ et CoCl42-
Reprendre le tube 1 et rajouter de l'eau. Que constate-t-on, comment peut-on interpr�ter ce ph�nom�ne.
2.3 . Thermom�tre au cobalt:
Principe:
La couleur des complexes du cobalt(II) est fonction de la nature du ligand: roses en solution aqueuse, ils sont rouges dans le m�thanol, bleu dans l'�thanol. En variant les proportions de ces solvants, on peut ainsi obtenir toute une gamme de teintes et provoquer le passage de l'une � l'autre par variation de temp�rature.
Exp�rience
Une solution de chlorure de cobalt en milieu eau-alcool est pr�par�e ainsi: on
dissout 0,8 g de chlorure de cobalt CoCl2, 6 H2O dans 45 mL d'�thanol � 95% et on ajoute
8 gouttes d'eau.
Pr�lever 2 mL de cette solution dans un tube � essais. Noter sa couleur.
Refroidir le m�lange en dessous de 15�C puis laisser r�chauffer � temp�rature
ambiante et enfin doucement au bain-marie ti�de (30�C environ). Refroidir de nouveau
progressivement. Noter les teintes du "thermom�tre" obtenu en fonction de la
temp�rature.
Quelle est l'influence de la temp�rature sur l'�quilibre:
Co(H2O)62+ + 2 Cl- + 2 C2H5OH 
Co(C2H5OH)2Cl2 + 6 H2O
2.4. Encre sympathique:
Sur un papier filtre, d�poser quelques gouttes de solution de chlorure de cobalt (�
environ 0,1 mol/L) .
Placer la feuille sur une plaque chauffante ti�de et observer le changement de
couleur. Noter ce changement de couleur. Interpr�tez le.
3. Etude de colorants alimentaires par chromatographie sur papier:
3.1. Source :
Journal of Chemical Education, d�cembre 92
3.2. Exp�rience:
Les colorants alimentaires sont des additifs alimentaires qui ont un num�ro de code C.E.E de 100 � 199 pr�c�d� de la lettre E. Les formules de ces colorants, leurs utilisation ainsi que la D.J.A (dose journali�re admissible exprim�e en mg/kg de poids corporel mg/kg p.c) figurent dans l’ouvrage de N. et M.MOLL " Additifs alimentaires et auxiliaires technologiques " aux Editions Masson.
On dispose tout d'abord d'un lot de trois colorants alimentaires commercialis�s sous la marque Vahin�:
� colorant jaune:E 102, tartrazine
� colorant rouge: E 122, azorubine
� colorant vert: m�lange de tartrazine (Jaune, E 102) et de Bleu Patent� V (Bleu E 131)
D'autre part, on dispose de bonbons chocolat�s "M
&
M's" contenant les colorants E 104, E 110, E 122, E 124, E 131, E 171.
On d�coupera une bande de papier Whatman (papier utilis� pour la chromatographie) de
hauteur telle qu'elle tienne comme indiqu� dans le bocal.
A 2 cm du bord inf�rieur du papier Whatman, on placera � un centim�tre l'une de
l'autre au minimum les taches demand�es � l'aide de cure-dents un peu �mouss�s, en
commen�ant � environ 1 cm du bord.
Pour les bonbons, on proc�dera ainsi: � l'aide d'un cure-dent que l'on mouillera, on
grattera le bonbon de la couleur choisie pour extraire le colorant. Il faut faire
attention � ne pas atteindre le chocolat. L'extrait est appliqu� d'un mouvement rapide
� sa place pr�vue sur le papier Whatman.
On pourra faire 3 ou 4 applications successives au m�me endroit pour avoir une tache
bien color�e en s�chant �ventuellement au s�che -cheveux pour �viter l'�talement
entre chaque d�p�t, alors que pour les colorants Vahin� un seul d�p�t est suffisant.
S�cher la bande de papier Whatman au s�che-cheveux , puis placez-la comme indiqu�
avec la pince � dessin dans un bocal o� vous aurez vers� auparavant 1 cm environ de
solution de chlorure de sodium � 0,1% en masse.
Observez la migration jusqu'� ce que le solvant arrive � 2 cm du haut du papier
Whatman environ.
Noter rapidement au crayon de papier les positions du solvant (front du solvant) et de
chaque tache. S�chez la feuille de papier Whatman rapidement au s�che-cheveux.
Mesurer les Rf de chaque constituant. Pour les taches �tal�es, on prendra le milieu
de la tache.
4. Isom�risation de l'azobenz�ne:
4.1. Source :
En partie Universit� d’Et� de Chimie " Chimie
et Lumi�re "1993
4.2. Exp�rience :
Cette exp�rience permet d’illustrer le principe de la vision (isom�risation Z-E
du r�tinal)
L'azobenz�ne (C6H5-N=N-C6H5) est
commercialis� par exemple chez Aldrich sous forme de l'isom�re E. Sous l'action de la
lumi�re, il se transforme en l'isom�re Z.
Cette r�action sera �tudi�e par chromatographie sur couche mince (C.C.M).
La phase stationnaire est constitu�e de silice fix�e sur une plaque de verre.
L'�luant (ou phase mobile) utilis� sera du tolu�ne.
On pr�pare 2 solutions contenant chacune 0,2 g d'azobenz�ne dans 8 mL de tolu�ne.
Une des solutions est plac�e dans un tube � essais plac� � l'obscurit�.
Tracer un trait au crayon de papier � 1 cm du bord inf�rieur de la plaque de silice
et placer sur cette ligne 2 croix � 2 cm des bords environ.
A l'aide d'un capillaire, d�poser une goutte de la solution d'azobenz�ne dans le
tolu�ne sur une des croix. On peut faire deux d�p�ts au m�me endoit, en s�chant au
s�che-cheveux entre les deux d�p�ts. La tache ne doit pas d�passer 3 � 4 mm de
diam�tre.
Eclairer la plaque � l'aide d'une lampe de bureau pendant un peu moins d’une
heure.
Pr�parer la cuve de chromatographie en mettant 0,5 cm de haut de tolu�ne dans une
cuve chromatographique et fermer la cuve (la cuve doit �tre satur�e en vapeurs de
solvant).
Pour que la saturation et l'�lution soient plus rapides, on pourra placer une bande de
papier filtre contre les parois de la cuve chromatographique.
Au bout d'une heure d'�clairement de la plaque, d�poser sur l'autre croix un ou deux
d�p�ts de la solution d'azobenz�ne maintenue � l'obscurit�.
Eluer au tolu�ne.
Lorsque le front du solvant est � quelques cm du haut de la plaque, sortir la plaque
de la cuve, marquer rapidement la position du front de l'�luant, s�cher la plaque au
s�che-cheveux et mesurer les Rf des isom�res E et Z de l'azobenz�ne.
5. S�paration des colorants d'un sirop de menthe:
5.1. Source :
" S�paration des colorants d'un sirop de menthe par chromatographie" (BUP
n� 756 Juillet-ao�t-septembre 93)
Placer un petit morceau de coton au fond d'une pipette de Pasteur. Verser une spatule de silice dans de l'eau. Mettre en suspension, puis verser dans la pipette Pasteur maintenue verticale.
D�s que le niveau d'eau atteint le lit de la colonne, d�poser � l'aide d'un
compte-gouttes deux gouttes de sirop de menthe, puis maintenir imm�diatement la colonne
pleine d'eau � ras bord.
Le premier colorant est �lu� � l'eau: il s'agit de la tartrazine. On peut tracer son
spectre.
Eluer le second colorant � l'aide d'�thanol � 95%: il s'agit de bleu Patent� V; on
pourra �galement tracer son spectre.
On peut comparer ces spectres avec les spectres des colorants Vahin�:
colorant jaune (tartrazine)
colorant vert (m�lange de tartrazine et de bleu patent� V)
On pourra �galement tracer le spectre d'une solution aqueuse de sirop de menthe.
6. Chromatographie sur T-shirt
6 .1. Source :
Journal of Chemical Education D�cembre 92
6.2. Exp�rience :
L'exemple qui suit est une chromatographie radiale que l'on fera de pr�f�rence sous la hotte � cause des solvants utilis�s:
� Tendre sur un cristallisoir d'environ 15 cm de diam�tre, un morceau de tissu de coton blanc. Le maintenir tendu � l'aide d'un �lastique ou de ficelle.
� Rep�rer le centre du cercle form� par le tissu.
� Placer 4 � 6 taches de feutres permanents sur la circonf�rence d'un cercle imaginaire, environ quatre fois plus petit que le cristallisoir.
� A l'aide d'un compte-gouttes, appliquer l'�luant (propan-2-ol/eau en proportions volumiques 7/3) au centre du cercle de telle sorte que l'�luant mouille le tissu et se d�place radialement vers les bords en cr�ant un chromatogramme.
� Quand le motif a atteint la taille voulue, arr�ter les ajouts d'�luant et laisser s�cher le tissu environ 10 min sous la hotte.
7. Etude d’un �quilibre ou l’œuf sur le plat :
7.1. Source :
Journal of Chemical Education, mars 1997
7.2. Exp�rience :
Cette exp�rience n’est pas utilisable en 1�reS, mais permet de mettre
en �vidence la notion d’�quilibre chimique.
Dans une bo�te de P�tri, on place des cristaux d’iodure de potassium de
diff�rentes tailles et on ajoute une goutte d’une solution de nitrate de plomb �
0,1 mol/L sur chaque cristal. On observe des aiguilles jaunes de PbI2 si le
cristal est petit, un cœur de PbI2 entour� 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 solubilit� de KI est suffisante pour dissoudre de relativement gros cristaux dans
une seule goutte de solution de Pb(NO3)2. Cependant la pr�sence de
forte concentration de KI d�place les �quilibres vers la droite. Si le cristal
n’est pas assez gros, on observe un m�lange de PbI2 et KPbI3
et avec un petit, seule la premi�re r�action est possible.
Dans le cas o� le m�lange des 2 solides est en �quilibre avec l’iodure de
potassium dissous, il est possible de d�placer l’�quilibre, d’apr�s la loi de
Le Chatelier :
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