Spet1 tp jet de mousse correction
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TS spé Thème 1 : Matériaux Structure et propriétés SPC TP Le jet de mousse ou dentifrice pour éléphant L’objectif est de comprendre comment les mousses se forment. I La mousse sous l’œil des scientifiques Une mousse est un gaz dispersé dans un liquide ou un solide. Il y a très peu de matière solide ou liquide dans une mousse et beaucoup de gaz, c'est ce qui lui confère une faible densité. Les mousses savonneuses par exemple sont constituées de bulles de savon : des bulles d'air reliées entre elles par des films d'eau savonneuse. Le savon, qui n’entre pas en jeu dans la réaction chimique, permet de stabiliser le système constitué des bulles d'air dispersées dans l’eau. En effet, les molécules tensioactives du liquide vaisselle se placent aux interfaces gaz/liquide. Les gaz utilisés pour fabriquer une mousse peuvent être de l'air ou du gaz carbonique. Ils sont parfois formés in situ par fermentation (levure) ou à l'aide d'un « porogène », une substance qui engendre des pores en se vaporisant sous l'effet d'une augmentation de température. La mousse à raser ou la mousse de shampooing sont des mousses liquides :un liquide, de l'eau, s'écoule autour des bulles de gaz. De même pour la mousse au chocolat et autres mousses alimentaires mais, dans ce cas, le liquide est beaucoup plus visqueux. À l'extrême, on trouve les mousses solides comme Les mousses de polyuréthane que l'on utilise pour fabriquer des sièges ou des revêtements, ou encore les mousses métalliques utilisées dans l'industrie automobile afin de diminuer le poids des véhicules. Structure d'une mousse liquide. Une mousse savonneuse est formée de bulles d'air entre lesquelles se trouve de l'eau savonneuse. Les bulles sont plus ou moins sphériques selon l'épaisseur de liquide dans le film. Une mousse solide formée par polymérisation d'acide acrylique. Elle peut contenir plusieurs fois son propre poids en liquide et est utilisée, par exemple, dans des couches pour bébé. Orientation des molécules tensioactives à l'interface eau-air. Les molécules tensioactives contenues dans le liquide s'orientent spontanément à l'interface eauair de façon à présenter leur partie hydrophile vers l'eau et leur partie hydrophobe vers l'air. On trouve aussi quelques molécules de tensioactif dans l'eau du fait de leur relative solubilité. II Expérience : Fabriquer du « dentifrice pour éléphant » Précautions Mettre des gants et des lunettes tout le temps de la manipulation. Ne pas toucher la mousse, car elle est corrosive et chaude. Éliminer la mousse avec une serpillière humide et bien rincer à l'eau les surfaces touchées. Bien aérer la pièce pendant et après l'expérience et travailler éventuellement sous la hotte. 1 Protocole ●Dans un petit bécher 50 mL, verser environ 30 mL d’une solution molaire d’iodure de potassium (K+ + I-). ● Dans la grande éprouvette, verser 4 mL de liquide à vaisselle mélangé avec quelques gouttes de colorant alimentaire, puis 10 mL d'eau oxygénée concentrée. Homogénéiser en faisant tourner le tout dans l’éprouvette. ● Placer l'éprouvette bien au centre du cristallisoir. Poser l'ensemble sur une surface dégagée ● Verser rapidement la solution d'iodure de potassium dans l'éprouvette et reculer. ● Observer la formation de plus en plus rapide de mousse qui jaillit de l'éprouvette. La mousse fume, elle est très chaude. ● Plonger une bûchette incandescente dans la mousse. Observer. III Exploitation ● L’eau oxygénée H2O2 est l’oxydant du couple oxydant/réducteur H2O2/HO-. L’ion iodure I– est le réducteur du couple oxydant/réducteur I2/I-. ● Le diiode I2 a une coloration brune en solution aqueuse. Instable, il se décompose en ions iodure et en ions iodate IO 3-. Ces derniers réagissent avec l’eau oxygénée pour donner du dioxygène O2. En parallèle, en milieu basique (présence de HO- en excès), l’eau oxygénée se décompose (se dismute) en dioxygène et en eau. (couples oxydant-réducteur : H2O2 /O2 et H2O/H2O2) 1) Quelle espèce chimique est responsable de la coloration brune de la mousse et de l'odeur qui s'en dégage ? On pourra ajouter quelques gouttes d'empois d'amidon ou de thiodène pour confirmer. Le diiode I2 est responsable de la coloration brune de la mousse et de l’odeur qui s’en dégage. Si l’on a ajoute de l’empois d’amidon, il prend une teinte bleu foncé caractéristique en présence de diiode. 2) En milieu neutre, écrire l’équation de la réaction entre l’eau oxygénée et les ions iodure. Les couples oxydant/réducteur sont : H2O2/HO- et I2/I- L’équation de la réaction est : H2O2 + 2I- ® I2 + 2 HO3) Que se passe-t-il quand la bûchette incandescente touche la mousse ? Quelle est l’espèce chimique mise en évidence ? La bûchette de bois incandescente permet de caractériser le dioxygène. 4) Compléter les équations suivantes qui correspondent aux différentes étapes de la décomposition du diiode en milieu basique. 3 I2 + 6 HO- ® 5 I- + IO3- + 3H2O 2 IO3- + 5 H2O2 ® I2(aq) + 5 O2 + 2 HO- + 4 H2O 5) Ecrire la réaction de décomposition de l'eau oxygénée. Indiquer les différents états de la matière. 2 H2O2(aq) ® 2 H2O(l) + O2(g) 6) Comment expliquer que la mousse est chaude ? La mousse est chaude car certaines des réactions impliquées sont exothermiques. 7) Quel est le gaz piégé dans les bulles ? Il s'agit de dioxygène O2(g) 8) Quel rôle joue le produit vaisselle ? Le liquide vaisselle, qui n’entre pas en jeu dans la réaction chimique, permet de stabiliser le système constitué des bulles de dioxygène produites par la réaction et dispersées dans l’eau. En effet, les molécules tensioactives du liquide vaisselle se placent aux interfaces gaz/liquide. 2
