Archive for novembre, 2007

Nov 28 2007

Carbone, graphite, diamant, fullerène … même combat ? (structures)

Vice et vertu sont parents comme diamant et charbon.
(Karl Kraus)

L’allotropie est cette propriété qui fait qu’un même élément peut suivant sa structure moléculaire, cristalline (ou non) prendre différentes formes aux propriétés parfois extrêmement différentes. Qui penserait qu’un gramme de suie est chimiquement équivalent à un gramme de diamant ?

Le carbone, suivant l’agencement de ses atomes, peut exister sous différentes formes/structures (le carbone amorphe (sans aucune structure), le graphite, le diamant, les fullerènes, les nanotubes, …) dont l’analyse permet d’expliquer aisément certaines propriétés physico-chimiques (solubilité, conductibilité électrique, dureté, …).

Visualiser dans l’espace une structure moléculaire n’est pas toujours facile. Et ici, intervient l’outil informatique. Positionnez votre souris sur une des structures ci-dessous et, en maintenant le bouton gauche enfoncé, déplacez la (zoomez, effectuez des rotations, … enjoy 😯 ).

carbone amorphe graphite 11 feuillets
graphite 2 feuillets graphite 4 feuillets
diamant dans un cube diamant 95 atomes
diamant 331 atomes fullerène C60
fullerène C70 nanotube spiralé
L’insertion de ces animations dans une page web peut être réalisée en utilisant Jmol (applet Java)
fibre de carbone



Et si vous avez installé une visionneuse de fichier .pdb ou .mol (le plugin Chime ) sur votre PC, les liens ci-dessous sont aussi actifs.

Pour en savoir plus, les liens ci-dessous me paraissent intéressant Continue Reading »

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Nov 26 2007

Jmol … modèles moléculaires dans WordPress et ailleurs

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L’atome, la molécule, nous ne cessons de le répéter à nos élèves, font partie d’un monde nanoscopique presque inaccessible à l’observation directe et pourtant c’est sur ces briques minuscules que se fonde la chimie. Cette impossibilité à voir, à toucher peut (très partiellement) être compensée par la visualisation de représentation 3D. Sachant qu’il s’agit d’une modélisation et non d’une représentation de la réalité on peut ainsi rendre (un peu) plus concrètes ces notions.

On peut à l’aide de boules et de batonnets assemblés montrer quelle pourrait être la structure de telle ou telle molécule. Evidemment, lorsque la complexité croît (les protéines, l’ADN,…) de telles modèles deviennent difficiles à mettre en oeuvre. C’est ici que l’informatique, l’ordinateur peuvent nous apporter une aide appréciable. L’internet regorge de fichiers décrivant la structure d’une molécule (fichiers mol, pdb, …) … reste à les visualiser sur son PC. Les possibilités de modélisation sont assez nombreuses quoique pas toujours aisées à mettre en oeuvre.

L’exemple ci-dessous compare les structures du graphite et du diamant (cliquez – bouton droit maintenu appuyé – sur les molécules … déplacez le pointeur ….)

Mon but étant d’insérer dans une page web un module de visualisation, j’ai découvert JMol.

Jmol est un outil de visualisation de molécules gratuit, open source pour les étudiants, les éducateurs et les chercheurs en chimie et en biochimie. Il est multi-plateformes, fonctionnant sous Windows, Mac OS X et les systèmes Linux/Unix.

Il s’agit donc d’une applet Java qui s’intègre dans la page Web sans (beaucoup de) problèmes (juste quelques heures passées à s’arracher les cheveux pour un petit détail de syntaxe 😈 ). Quelques lignes de code suffisent. L’intérêt de la solution Jmol est multiple

  1. open source,
  2. gratuit,
  3. compatible windows/mac/linux,
  4. ne demande aucune installation particulière (si ce n’est java … ce qui ne plaît pas nécessairement aux amateurs d’un web « léger ») sur l’ordinateur.

Cette page étant réalisée à partir du CMS (logiciel de blog) WordPress,  j’ai cherché s’il était possible d’intégrer ces applets dans un article. Dans cet article on y trouve le code à insérer. Personnellement je n’utilise pas la même structure de répertoire et cela marche (à la racine du blog j’ai créé un dossier /jmol dans lequel sont stockés le javascript et les fichiers .jar de l’applet. Dans ce même dossier sont stockés les fichiers .mol ou .pdb dans un sous dossier que j’ai nommé /molecules). Quelques conseils également sur ce blog.

Exemple de code

<script type= »text/javascript » src= »jmol/Jmol.js » mce_src= »jmol/Jmol.js »></script>
<script type= »text/javascript »> jmolInitialize(« jmol/ »);jmolApplet(220, « load  jmol/molecules/graphite4x12.pdb »);</script>

Il faut cependant veiller 

  • à la syntaxe rigoureuse des chemins menant au différents fichiers,
  • à introduire le code adéquat non pas dans l’onglet visuel de l’éditeur de WordPress mais dans l’onglet code,
  • à ne pas laisser d’espaces vides entre les différentes instructions du code sinon l’éditeur y apporte automatiquement des modifications,
  • à la casse des noms de fichiers, dossiers, …

N’hésitez pas à me contacter si vous avez des difficultés à insérer jmol dans votre blog WordPress

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Nov 24 2007

[ressources] Construire son matériel de labo …

Published by under ressources

Nombre de professeurs de sciences belges (ailleurs, est-ce mieux ? Postez vos commentaires   ❓  ) vous le diront … les moyens pour équiper « dignement » nos labos sont insuffisants. equipment.jpgEt pourtant, peut-on faire des sciences sans expériences, sans pratique expérimentale, sans toucher, sentir, voir la matière en transformation ? L’outil informatique, le multimédia, les animations diverses ne suffiront jamais à remplacer le terrain, le laboratoire.   En parcourant les documents de The Inexpensive Science Teaching Equipment Project vous trouverez pas mal d’idées intéressantes pour mettre en oeuvre avec les moyens du bord des expériences pas nécessairement simplistes.  Voici quelques lignes présentant ce projet :

The Inexpensive Science Teaching Equipment Project was initiated by Dr. J. David Lockard, and got underway under his direction in the summer of 1968. Originally entitled the Study of Inexpensive Science Teaching Equipment Worldwide (IS-TEW or IS-2 Study), the Project was to (1) identify laboratory equipment considered essential for student investigations in introductory biology, chemistry and physics courses in developing countries; (2) improvise, wherever possible, equivalent inexpensive science teaching equipment; and (3) produce designs of this equipment in a Guidebook for use in developing countries. […]

 

L’adresse du site consacré à The Inexpensive Science Teaching Equipment Project est reprise dans notre page « ressources« 

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Nov 16 2007

Labo : La vérité sur la pile citron ;-)

Published by under expériences,oxydo-réduction

(26/10/2008) Une petite mise à jour : Un coffret « Drôles de piles »

La pile citron  est un grand classique de l’activité scientifique. Quel bonheur 😉 de constater qu’un citron est capable de remplacer une pile bouton et d’alimenter en énergie une carte musicale.

pile-citron.jpg

Disons tout de suite que le citron c’est bien mais une orange, une pomme de terre ou tout simplement une solution saline peuvent jouer le même rôle avec plus ou moins d’efficacité.

Les sciences appliquées du CESU ont testé pour vous la pile citron et la pile patate et ont tenté de distinguer le rôle des constituants.

Il s’agit (bien évidemment) d’une réaction d’oxydo-réduction entre les couples Zn/Zn++ (une des électrodes) et H2/H+ (solution acide du citron). Dans cet échange d’électrons, le zinc (Zn°) va réduire en H2 (on peut éventuellement observer une effervescence) les ions H+ présents dans le citron. L’ajout de l’électrode en cuivre est de « détourner » le transfert des électrons dans un circuit externe capable d’alimenter (faiblement) un dispositif non gourmand en énergie (une puce extraite d’une carte musicale, un réveil à affichage digital, une calculette, …). Donc, au niveau de l’électrode en cuivre les H+ viennent « chercher » les électrons et subissent la réduction.

Cette hypothèse étant formulée nous avons tenté de la vérifier, de la compléter en modifiant certains paramètres ou en cherchant des informations sur le net.

  1. S’agit-il d’une pile style Daniell (Cu/Zn) dans laquelle l’électrolyte serait remplacé par le jus du citron ? Ou non ? La réponse est difficile à donner et le doute existe comme on peut le lire ici. A notre avis il ne s’agit pas d’une pile Cu/Zn. En effet, les potentiels  E° (tableau des potentiels de réduction) pour les deux couples
    • Zn/Zn++  E°=-0763V
    • Cu/Cu++  E°=0,345V

    devraient nous donner une tension de 0,345 -(-0,763)=1,1V et nous avons obtenu moins de 1V (0,95V). En réalité la réaction d’oxydo-réduction est celle mettant en jeu le Zn et les ions H+, le cuivre ne jouant qu’un rôle « secondaire » d’électrode auxilliaire.

  2. Pour étayer cette affirmation, on pourrait vérifier que le remplacement de l’électrode de cuivre par une électrode « inerte » (platine ou carbone) ne modifie pas/peu la tension. C’est ce qui semble être le cas si on en croit cet article extrait de Journal of Chemical Education,  Vol. 75, No. 2, 1998.
  3. Par contre, le rôle réducteur du zinc peut être prouvé en remplaçant le zinc par du magnésium Mg/Mg++ E°=-2,372V) plus réducteur. La tension observée est sensiblement plus importante (de l’ordre de 1,5V). Nos mesures le montrent (voir tableau ci-dessous).
  4.  Et le citron ? Nos mesures montrent que si on remplace le citron par une pomme de terre la tension mesurée est très/très légèrement inférieure. La différence est-elle négligeable ou peut-elle être attribuée à la plus grande acidité du citron ? L’article du Journal of Chemical Education aborde ce sujet en remplaçant le citron par une solution d’acide citrique de concentration comparable (5-8% d’acide citrique). Les membranes du citron sont alors responsables d’une résistance élevée et donc d’un courant plus faible.
  5. Quel dispositif peut-on alimenter ? Le courant obtenu est extrêmement faible et alimenter une ampoule relève du rêve.
  6. Et avec un dispositif « série » ? Si on place en série plusieurs piles citron ou pomme de terre, on constate que, en accord, avec la théorie les tensions s’additionnent avec effet sur l’intensité du courant.

pile Zn et Cu

pile Mg et Cu

pile citron

pile pomme de terre

pile pomme de terre

1 citron 0,99 V 1 pomme de terre 0,97 V 1 pomme de terre 1,43 V
2 citrons 1,95 V 2 pommes de terre 1,95 V 2 pommes de terre 2,92 V
3 citrons 2,86 V 3 pommes de terre 2,81 V 3 pommes de terre 4,39 V
4 citrons 3,80 V 4 pommes de terre 3,76 V 4 pommes de terre 5,70 V

mesures effectuées 11/07 par la 6SA du CESU

et la video …


Les références (liens) de cet article étaient accessibles en novembre 2007. Si vous constatez un lien mort, pourriez-vous me le signaler dans les commentaires. merci.

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Nov 13 2007

Labo: La pile Daniell Cu/Zn …

Published by under expériences,oxydo-réduction

En guise d’introduction … Bien que les phénomènes électriques aient été observés dès l’Antiquité (par frottement d’un morceau d’ambre, elektron en grec, sur de la fourrure) ce n’est que vers 1800 que Alessandro Volta (suite aux travaux de Luigi Galvani sur l’électricité animale) réalisa ses premières piles à base de disques métalliques et de solutions salines. Le but de cette manipulation est de réaliser une pile rudimentaire similaire à celles réalisées par Volta. Et en pratique … Partie 1 : Rassemblons le matériel et les produits nécessaires …

  • matériel : voltmètre, ampèremètre, cordons, béchers, électrodes (lames) de cuivre et zinc, tube en U.
  • préparer des solutions CuSO4 et ZnSO4 0,1 mol/L 
  • décaper des lames de cuivre et de zinc
  • préparation d’un pont électrolytique (tube un U)
    • faire bouillir 250 mL d’eau (pour 2 ponts … évidemment tout dépend de la taille de votre pont   😉  );
    • dissoudre dans la solution bouillante 25 g de KNO3 ou KCl;
    • arrêter de chauffer. Dissoudre 5 g d’agar-agar. Agiter.
    • remplir à ras bord les tubes en U avec la solution 10 % en KNO3 et 2 % en agar-agar
    • laisser refroidir;
    • le pont peut être conservé plusieurs jours. Evitez cependant le dessèchement des extrémités.

 Partie 2 : Activités

  • Activité 1 : Nous disposons de cuivre et de zinc sous deux formes : la forme métallique Cu ou Zn et la forme ionique Cu2+et Zn2+. Une réaction est-elle possible entre l’une ou l’autre forme ? Vérifions les différentes possibilités.

 Dans un bécher, on introduit 250 mL de solution CuSO4 ou ZnSO4 et on plonge une tige métallique (cuivre ou zinc). Que se passe-t-il ? Y a-t-il réaction ? La décrire.

pile1.jpg

On constate un dépôt noir de cuivre (amorphe) sur l’électrode de zinc plongée dans la solution de sulfate de cuivre. La réaction est  Zn° + Cu2+  —>  Zn2+ + Cu° . Une telle réaction implique un transfert d’électrons entre un donneur, le Zn° (on l’appellera réducteur) et un accepteur le Cu2+ (on l’appellera oxydant). Et si on détournait ces électrons dans un circuit extérieur ce courant électrique pourrait (peut-être) alimenter un dispositif (lampe, …) ?

  • Activité 2 : Réalisons une pile.

pile2.jpgOn réalise le montage comme sur le schéma ci-contre . On place d’abord un ampèremètre dans le circuit extérieur. Observe-t-on un courant électrique ? La très faible intensité est due à la résistance interne très élevée. Il serait possible avec cette pile de faire fonctionner une montre/calculatrice à affichage digital ou encore une carte musicale. On remplace l’ampèremètre par un voltmètre. On mesure ainsi la tension de la pile (1,1 V). Cette valeur est en accord avec les potentiels normaux des deux couples redox

  • Cu/Cu2+ E°=0,345 V
  • Zn/Zn2+ E°=-0,763 V

pile3.jpg  Et ça donne quoi … en vrai ? Voici une adaptation réalisée par les élèves de 6SA (CESU, Tournai). Le zinc  a été remplacé par du magnésium et le pont électrolytique est constitué d’un tube en U rempli d’une solution concentrée de KCl et bouchée au deux extrémités par de l’ouate. La musique quant à elle   😕   … bof. Mais ça marche   :smile:  .



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Nov 09 2007

Le bec machin, la boîte de truc, la loi de chose … éponyme avez-vous dit ?

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bec-bien-zen-11-07.jpgEn me posant la question sur le pourquoi du bec nommé bunsen, de la boîte nommée petri ou de plein d’autres situations similaires en sciences j’ai débouché (vous savez comment sont les recherches sur le net. On sait d’où on part… quant à l’arrivée ?) sur le terme éponyme. Et c’est ainsi que j’ai appris que Bunsen, ou Petri en donnant leur nom à des objets en étaient devenus des éponymes (à lire un article intéressant sur wikipedia :   chez nous l’éponyme c’est bunsen alors que chez les anglais l’éponyme c’est le bec … subtilités de la langue).

C’est ainsi aussi que j’ai (re)découvert  combien la postérité peut être parfois injuste. Imaginez ce grand Monsieur Robert Bunsen  ayant besoin d’un brûleur à haute température, sans fumée, à flamme stable, pas celui  de Faraday qui était disponible à l’époque,  alors son technicien, Peter Desaga (ou Desdega … même pour le nom un doute subsiste), se lance sur le challenge et « invente » un bec avec ses deux trous et sa virole à la base permettant un mélange air-gas avant la combustion. Quelle trouvaille ! Il venait d’inventer le bec … bunsen. Merci, patron.

Petri a eu, lui, plus de chance. Il était le technicien de Koch qui avait besoin d’un dispositif pratique pour réaliser des milieux de culture.

Et le pauvre Newland … qui se souvient de lui alors que Mendeleev et son tableau fait partie de ce qui reste quand on a tout oublié de la chimie ?

A lire … In the Shadows of Giants: Boyle’s Law?, Bunsen’s Burner?, Petri’s Dish, and the Politics of Scientific Renown.

Document pdf sur les modèles actuels de becs (bunsen, tirill, meker, …) 

 

Les liens cités étaient accessibles en novembre 2007. Pourriez-vous me signaler les liens morts.

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Nov 04 2007

Labo : Dosage pH-métrique de l’acide citrique (détartrant)

Published by under acide-base,expériences

Le corrigé format pdf a été modifié/mis à jour le 01/10/2008.

le corrigé au format pdfL’étude des courbes pH-métriques de neutralisation de polyacides (acides polyprotiques) peut s’appuyer sur quelques cas concrets : par exemple l’acide phosphorique H3PO4 dans une boisson au cola (il faut souligner que l’acide phosphorique n’est pas le seul acide présent dans ces boissons. Il y a évidemment l’acide carbonique qui peut être éliminé par dégazage mais aussi des conservateurs comme l’acide benzoique, et, pour le goût, de l’acide citrique dans le pepsi)…

L’étude proposée ici est celle de l’acide citrique dans un détartrant pour cafetières électriques. Ces produits contiennent divers acides faibles comme l’acide citrique ou l’acide sulfamique seuls ou en mélange. La firme Melitta propose des petits sachets annoncés comme contenant 100% d’acide citrique. Proposons à nos élèves la vérification de cette indication.

ac-citrique-melitta.jpg

Etape n°1 : La consigne est proposée et les élèves doivent rechercher par eux-mêmes une technique et un mode opératoire applicable au laboratoire (pH-mètre disponible ou non, burette de 50mL, solution de NaOH 1mol/L à diluer éventuellement, … ). Une recherche sur le net apportera toutes les indications nécessaires. Cette recherche mettra en évidence le problème posé par les polyacides comme la présence d’un ou plusieurs sauts de pH suivant les valeurs des pKa.

Etape n°2 : Correction individualisée et adaptation des modes opératoires pour les rendre opérationnels.

Etape n°3 : Réalisation du titrage et vérification par calcul de la teneur en acide citrique de la poudre détartrante.

Téléchargez la fiche labo ac-citrique-corrige.pdf 

Quelques liens

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Nov 01 2007

Précipitera ? Précipitera pas ? (vidéos)

Published by under expériences,précipitation

Au laboratoire l’étude des réactions de précipitation est aisée … à condition d’avoir un laboratoire disponible et les substances adéquates.    
J’ai trouvé ici une page que je qualifierais d’assez « géniale » . Vous disposez d’un tableau (matrice) de format 10×10. En ligne et en colonne en retrouve 10 sels/acides/bases minéraux et les cellules correspondent à l’ajout d’une de ces substances à une autre avec un petit film vidéo correspondant (comme celui que j’ai « emprunté » au site pour illustrer cette page … un petit clic et ça démarre).

Get the Flash Player to see this content.

L’exploitation de ce tableau peut se faire sous différents angles … identifier un cation/anion par ses propriétés analytiques (la page présente ainsi une sorte de quizz), prévoir une réaction (on fournira un tableau des produits de solubilité), …

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