RÉACTIONS SPECTACULAIRES D'OXYDORÉDUCTION.

L'image de la chimie dans l'opinion et auprès des jeunes n'est sans doute pas très positive. Les expériences présentées ici peuvent modifier dans le bon sens cette image pour autant que l'on ne tombe pas dans le travers de faire de la magie. II est nécessaire de comprendre et d'expliquer ce que l'on observe. Les réactions décrites dans la suite sont souvent belles et elles peuvent exciter l'imagination. Le goût pour la chimie chez certains jeunes peut peut-être se développer à partir d'un tel "spectacle". Cependant il est absolument important d'insister sur la rigueur nécessaire à la manipulation et à l'observation, sur la nécessité absolue de sécurité, ainsi que sur les moyens à mettre en œuvre pour éviter toute pollution.

Les réactions d'oxydoréduction présentées se situent dans tous les domaines : elles font intervenir des réactifs du monde inorganique ou du monde organique, elles produisent quelques jolies flammes colorées ou bien de la lumière éblouissante. Leur cinétique est souvent rapide, c'est pourquoi vous risquez d'entendre quelques bruits secs mais les réactions ont été choisies pour éviter tout danger. Elles s'expliquent parfois très simplement en écrivant une seule équation, parfois comme dans le cas des réactions oscillantes, il faudra dans le cadre de cet exposé se réfugier derrière la phrase de Nietzsche "There are many things which, once and for all, I do not wish to know. Wisdom also sets limits to knowledge".

Pour réaliser nos objectifs, nous présentons pour chaque réaction trois parties : la première décrit le mode opératoire, la seconde indique toutes les précautions à prendre avec les réactifs, pendant la manipulation et pour éliminer les déchets; la troisième partie aborde l'explication du phénomène.

Réactifs : (NH₄)₂Cr₂O₇ - éthanol

Matériel : Plaque réfractaire ou capsule en porcelaine

Précautions : I'oxyde produit est très pulvérulent.

Faire un petit tas de dichromate d'ammonium sur une plaque réfractaire ou dans une capsule en porcelaine. Verser 1 mL d'éthanol au sommet du tas et l'enflammer. Le dichromate se décompose en une imposante masse verse d'oxyde de chrome(III). L'aspect de cratère que prend le système et la projection de particules incandescentes fait penser à un volcan.

Réactifs : sodium - dichlore

Matériel : erlenmeyer de 250 mL à large col - Bunsen - Creuset en porcelaine

Précautions : Sous hotte fermée.

Remplir de dichlore un erlenmeyer de 250 mL. Découper un morceau de sodium de la taille d'un petit pois; le sécher et l'introduire dans un creuset en porcelaine. Chauffer le creuset pour amener le sodium à sa température d'inflammation et l'introduire dans le dichlore en l'agitant un peu (pour amener le Na et non le Na₂O en contact avec le dichlore). Le sodium continue à brûler dans le dichlore en formant du chlorure de sodium.

Réactifs : mercure - dichlore - Kl 0,1 mol/L

Matériel : erlenmeyer de 250 mL - bouchon en liège

Précautions : Sous hotte.

Remplir de dichlore un erlenmeyer de 250 mL. Jeter une goutte de mercure dans le dichlore et faire tourner l'erlenmeyer pour "promener" le mercure sur les parois. Le mercure, au contact avec le dichlore, adhère aux parois du récipient, se ternit et prend peu à peu ['aspect blanchâtre du chlorure mercurique. L'aspect noirâtre est dû au mercure métallique finement divisé. L'erlenmeyer se nettoie très facilement à l'aide d'une solution diluée de Kl.

Réactifs : potassium - diiode en poudre

Matériel : plaque de céramique - marteau

Précautions : Sous hotte. Attention aux projections.

Coupez une fine lamelle de potassium et placez la sur la plaque de céramique. Saupoudrez cette lamelle de quelques grains de diiode solide. A l'aide d'un petit marteau, tapez un coup sec sur le diiode. La formation d'iodure de potassium est assez violente, voire explosive, accompagnée d'un bruit sec.

Réactifs : poudre d'aluminium - diiode solide pulvérisé

Matériel : capsule de porcelaine - pissette Précautions : Sous hotte fermée.

Mélanger intimement de la poudre d'aluminium et du diiode solide pulvérisé, dans un creuset à mettre sous hotte. Ajouter un peu d'eau et fermer la hotte. La réaction démarre lentement et devient assez violente en dégageant des fumées blanches d'iodure d'aluminium, accompagnées de vapeurs violettes de diiode, car la chaleur dégagée au cours de la réaction provoque la sublimation du diiode.

Réactifs : sucre impalpable (ou cristallisé) - H₂SO₄ pur

Matériel : Baguette de verre - Berlin de 100 mL

Précautions : sous hotte

Remplir le Berlin au tiers de sa hauteur de sucre impalpable et environ la même quantité d'acide sulfurique. Avec la baguette de verre, bien mélanger les deux réactifs. Lorsque le mélange noircit, tenir la baguette verticalement au centre du Berlin. L'acide déshydrate le sucre; la vapeur d'eau formée fait gonfler la masse restante de carbone qui monte, guidée par la baguette (c'est un phénomène d'intumescence).

Réactifs : KMnO₄ - Glycérine

Matériel : Capsule de porcelaine

Précautions : Sous hotte.

Introduire 5g de permanganate en poudre dans une capsule en porcelaine. Verser ensuite environ 1,5 ml de glycérine. rapidement, la glycérine s'enflamme.

Réactifs : Mercure - H₂SO₄ - KMnO₄ - Clou en fer

Matériel : Verre de montre

Précautions : Manipuler avec précautions : le mercure est toxique et l'acide est très corrosif.

Verser environ 2 mL de mercure dans un verre de montre. Verser 5 mL d'acide sulfurique pur autour du mercure, puis 5 mL de KMnO₄ 2.10-2 mol/L. Amener alors la pointe du clou pour qu'elle effleure la goutte de mercure. Après quelques tâtonnements, le mercure se met à battre avec, parfois, un rythme qui peut rappeler le rythme cardiaque. Le mercure et le verre de montre doivent impérativement être très propres.

Réactifs : Ethanol - eau

Matériel : Mouchoir propre - Baguette de verre d'au moins 50 cm - Erlenmeyer de 500 ml

Précautions : Cette manipulation doit se faire à l'extérieur ou dans une pièce à plafond haut. La hauteur des flammes produites risque de déclencher une éventuelle alarme incendie.

Verser dans le Berlin 50 ml d'éthanol et 50 ml d'eau. Tremper le mouchoir dans ce mélange en prenant bien soin de ne laisser aucune partie sèche. Etaler le mouchoir sur une tige de verre et l'enflammer. Le mélange brûle avec de grandes flammes bleuâtres. Lorsque les flammes diminuent d'intensité, éteindre le mouchoir et le montrer : il ne présente aucune trace de brûlure.

Réactifs : Soufre en fleur - Zinc en poudre - Mèche au chlorate de sodium.

Matériel : Plaque réfractaire

Précautions : Sous hotte.

Mélanger 4 g de soufre et 8 g de poudre de zinc très sèche. En faire un petit tas dans lequel on introduit une mèche au NaCIO₃. Enflammer la mèche. Le mélange réagit violemment en émettant une forte lueur verse.

Réactifs : Luminol (3-amino, phthalhydrazide) - H₂O₂ à 3% - NaOH 0,1 mol/L - Eau de Javel -Hexacyanoferrate de potassium (K₃Fe(CN)₆)

Matériel : Berlin de 1 L

Dans un litre de NaOH 0,1 mol/L, introduire 0,5 g de luminol (Cette solution de luminol ne se conserve que trois semaines). Le reste de la manipulation doit se faire dans l'obscurité et accepte plusieurs variantes.

Ajouter de l'eau de Javel à la solution : la réaction s'accompagne d'une lumière bleue.

Introduire 10 mL de H₂O₂ à 3% et 0,25 g d'hexacyanoferrate de potassium dans un litre d'eau. Verser cette solution sur la solution de luminol. La couleur bleue est plus persistante.

Introduire 10 mL de H₂O₂ dans la solution de luminol. Laisser tomber des cristaux d'hexacyanoferrate de potassium dans la solution. La couleur bleue suit le trajet des cristaux.

Réactifs : Jus de tomate - Dibrome

Matériel : Cloche à gaz - Baguette de verre

Précautions : Sous hotte

Réactifs : NaOH 1 mol/L- glucose - bleu de méthylène

Matériel : ballon de 250 mL

Précautions : sans danger.

Introduire 100 mL de NaOH 1 mol/L dans le ballon de 250 mL. Y ajouter une pointe de spatule de bleu de méthylène solide et une cuillère à café de glucose. Boucher le ballon et agiter. Assez rapidement, le glucose réduit le bleu de méthylène qui devient incolore. Si l'on agite à nouveau, I'oxygène de l'air contenu dans le ballon réoxyde le bleu de méthylène qui retrouve sa coloration bleue. Quelques instants plus tard, la solution se décolore à nouveau. Le processus peut se répéter plusieurs fois.

Réactifs : Carboglace - Tournure et/ou ruban de magnésium

Matériel : Foreuse - Mèche à bois de 10 mm

Précautions : se protéger les yeux des UV produits.

Couper en deux le bloc de carboglace et polir une face de chaque moitié. Forer un trou de 2 cm de diamètre et 3 cm de profondeur dans une moitié. Remplir la cavité de tournure de magnésium. Placer un ruban de magnésium dans ces tournures et l'enflammer. Lorsque les tournures sont enflammées, placer la seconde moitié de carboglace sur la première, comme un couvercle. Le magnésium continue à brûler dans le CO₂. Lorsque la combustion s'arrête on aura la surprise de découvrir un bloc de carbone entouré d'une gangue de MgO.

Réactifs : KCIO₃ - Sucre - Na₂C₂O₄ - Sr(NO₃)₂ - Cu(NO₃)₂

Matériel : Plaques réfractaires

Sur une plaque réfractaire, verser une cuillère à café de sucre, une cuillère de chlorate et un tiers de cuillère d'oxalate de sodium. Mélanger délicatement. Allumer en touchant le mélange avec une tige de verre très chaude ou à l'aide d'une mèche. La combustion s'accompagne d'une jolie couleur jaune.

En remplaçant le sel de sodium par du nitrate de strontium, la couleur sera rouge. Le sel de cuivre donne une couleur bleue.

Réactifs : Papier d'aluminium - Solution saturée de HgCI₂

Matériel : Tampon d'ouate - Berlin

L'amalgame d'aluminium s'obtient facilement en frottant un morceau d'aluminium avec un tampon d'ouate imbibé d'une solution de chlorure mercurique. Cet amalgame s'oxyde rapidement et se recouvre en peu de temps d'efflorescences d'hydroxyde d'aluminium. La réaction de l'aluminium dans l'eau est rapide si la surface de l'aluminium est préalablement traitée par une solution de chlorure mercurique.

Réactifs : H₂O₂ à 30% - KIO₃ - H₂SO₄ pur (ou HCI0₄) - CH₂(COOH)₂ (acide malonique) MnSO4.H2O- amidon

Matériel : 3 Berlin de 500 mL - 1 erlenmeyer de 1 L - (agitateur magnétique)

Précautions : Manipuler prudemment : I'iode et l'acide malonique vent irritants; I'acide sulfurique et le peroxyde provoquent des brûlures.

Verser dans le premier Berlin 200 ml d'eau et y ajouter 1,1 ml d'acide sulfurique puis 11g de KIO₃. Agiter et chauffer jusqu'à dissolution complète. Laisser refroidir et compléter avec de l'eau jusqu'à 250 ml. Cette solution se conserve longtemps.

Dans le deuxième Berlin, verser 103 ml de H₂O₂. Diluer avec de l'eau jusqu'à 250 mL. Cette solution est peu stable; il vaut mieux la préparer peu de temps avant l'expérience.

Dans le troisième Berlin, dissoudre 4g d'acide malonique, 0,8g de sulfate de manganèse et41g d'amidon dans 250 ml d'eau. Cette solution se conserve longtemps.

introduire les deux premières solutions dans l'erlenmeyer et agiter doucement quelques secondes pour bien homogénéiser. Ajouter la troisième solution et arrêter d'agiter dès qu'une couleur brun-jaune apparaît. Une couleur bleue doit apparaître rapidement : c'est le début des oscillations.

La vaisselle doit être très propre; une très faible concentration en ions chlorures bloque les oscillations.

Le mélange réactionnel ne peut être jeté avant d'avoir détruit l'iode par du thiosulfate de sodium (5g pour cette expérience). Ajouter le thiosulfate et agiter jusqu'à décoloration (exothermique!).

Réactifs : Phosphore blanc - Dioxygène

Matériel : Ballon de 51 (au moins) - Sable sec - Verre de montre.

Précautions : Sous hotte

Introduire 1 à 2 L de sable dans le fond du ballon. Saturer le ballon en dioxygène. Jeter dans le ballon un petit morceau de phosphore blanc. Si le phosphore ne s'auto-enflamme pas au bout d'une ou deux minutes, faire démarrer la combustion en touchant le phosphore à ['aide d'une baguette de verre préalablement chauffée. Recouvrir ensuite l'ouverture du ballon d'un verre de montre. Le phosphore brûle en émettant une vive lueur jaune.

Couper du papier filtre (ou du papier essuie-tout) en lamelles et les plonger dans une solution saturée de nitrate de potassium ou de chlorate de sodium. Sécher les papiers et les torsader.

Les mèches au chlorate de sodium sont plus rapides que celles au nitrate de potassium.