Curiosités chimiques - une conférence expérimentale

Matériel : brumisateur, 2 grands béchers, pinceau, Erlenmeyer avec bouchon, papier absorbant, lunettes de sécurité, gants de protection

Produits chimiques : Thiocyanate d'ammonium, chlorure de fer (III), hexacyanoferrate (II) de potassium, acide gallique, eau distillée

Procédure expérimentale : 10 g de chlorure de fer (III) sont dissout dans l'eau distillé, dans l'Erlenmeyer. Cette solution est utilisée pour créer le texte ou dessin sur une grande feuille de papier absorbant, à l'aide d'un pinceau. Laisser sécher le papier la nuit. La toile est fixée sur un tableau, dont la taille dépend de l'auditoire. Si l'image est aspergée par une solution de NH4SCN (2 g dans 200 ml d'eau), une coloration rouge est obtenue. L'utilisation d'une solution de 5g K4[Fe(CN)6] x 3 H2O dans 200 ml d'eau provoquera une coloration bleue. L'acide gallique donne une couleur noire.

L'intensité des couleurs peut être variée par les concentrations des solutions utilisées. Le même effet se produit si on imprègne auparavant la toile avec les solutions de thiocyanate, hexacyanoferrate ou l'acide gallique, et la solution de FeCl3 est appliquée avec le brumisateur.

Explication : les thiocyanates forment avec le fer en solution aqueuse un complexe d'un rouge intense, tel que Fe(SCN)3 ou [Fe(SCN)(H2O)5]2+ . Avec l'hexacyanoferrate, le « bleu de Prusse » est formé, dont la couleur est due au transfert de charge entre Fe(II) et Fe(III) : Fe4[Fe(CN)6]3 x 14-16 H2O. L'acide gallique C6H2(OH)3COOH, présent dans le tannins, forme un complexe noir avec le fer.

H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 95, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission

Matériel : lampe à halogène ou flash, bécher de 600 ml, bâton en verre, éprouvettes de 10 ml et de 5 ml, deux béchers de 150 ml, une cellule de 150 x 10 x 15 mm en verre ou plexiglas, pochoir en carton, lunettes et gants de protection

Produits chimiques :

Fe(NO3)3 x 9 H2O, acide oxalique, K3[Fe(CN)6] x H2O, Triton®-X-100 (détergent non-ionique, C14H22O(C2H4O)n), Cab-O-Sil® (poudre très fine de dioxyde de silicium)

Solution A : 1,2 g Fe(NO3)3 x 9 H2O dans 100 ml d'eau

Solution B : 0,8 g d'acide oxalique dans 100 ml d'eau

Solution C : 10 ml de solution de K3[Fe(CN)6] x H2O à 3 %

Procédure expérimentale :

11 g de poudre de silice (Cab-O-Sil) sont placés dans un bécher de 600 ml, et les solutions A, B et C sont ajoutées. Le mélange est bien remué afin d'obtenir une pâte homogène. Ensuite 3 ml de Triton-X-100 sont introduits.

La pâte épaisse jaune est placée dans la cellule recouverte par un pochoir, et l'ensemble est éclairé par la lampe à halogène pour env. 5 secondes. On retire le pochoir, et on voit clairement une coloration bleue aux endroits exposés à la lumière : le mélange des solutions exposé à la lumière intense fait changer la couleur de jaune des complexes fer- acide oxalique vers le bleu intense typique du Bleu de Prusse.

Une réaction photochimique est produite qui réduit les ions Fe3+ en ions Fe2+ en oxydant un ion oxalate

2 [Fe(C2O4)3]3– → 2 Fe2+ + 2 CO2 + 5 C2O42– (par réaction photochimique)

puis les ions Fe2+ se complexent avec l'hexacyanoferrate (III)

K+ + Fe2+ + [Fe(CN)6]3– → K[Fe3+Fe2+(CN)6]

Elimination des déchets : les produits sont placés dans un bac pour métaux lourds.

H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 210, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : support résistant au feu, lunettes et gants de protection

Produits chimiques : sable, éthanol, pastilles de NaHCO3 (du bicarbonate de sodium) et sucre glace

Procédure expérimentale : un cône de sable est formé sur le support réfractaire (ou assiette en porcelaine). Trois pastilles sont placés sur le somment du cône, et au moins 5 ml d'éthanol sont ajoutés et allumés. Après la combustion de l'alcool, des masses noires émergent du « volcan », qui ressemblent à des serpents vivants en croissance. Elles sont de taille d'un doigt et peuvent atteindre 1 mètre.

Explication : le sucre fondu et le gaz libéré du bicarbonate de sodium produisent une masse extrêmement volumineuse. Une partie du sucre brûle sous carbonisation, et l'ensemble forme le serpent grandissant.

Elimination des déchets : tout peut partir à la poubelle

H.W. Roesky et W. Möckel, « Chemical Curiosities », page 20, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission.

Matériel : grand verre à bière, deux béchers de 250 ml, deux éprouvettes de 100 ml

Produits chimiques : solution A et B de l'expérience de Landolt, produit vaisselle

Procédure expérimentale : Les solutions A et B de l'expérience précédente sont utilisées. 100 ml de la solution sulfite (B) et de la solution iodate (A) sont diluées avec 100 ml d'eau. 2 ml de liquide vaisselle sont placées dans le verre à bière avec l'expérience. Les deux solutions sont versées simultanément dans le verre à bière. La présence du liquide vaisselle forme une mousse sur la solution transparente, qui devient jaune-marron après env. 10 secondes, comme si on avait produit de la bière. Surtout pas la boire !

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 210, 1996, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Traduit de l'anglais avec permission. (I, exp. No 103, page 275)

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.