Électricité contre fer

Observez l'électricité décomposer une lame de fer !

Difficulté :
Danger :
Durée :
20 minutes
Électricité contre fer

Réactifs

Sécurité

  • Portez des gants et des lunettes de protection.
  • Réalisez l’expérience sur le plateau en plastique.
  • Respectez les consignes de sécurité lorsque vous travaillez avec des piles.
Règles générales de sécurité
  • Éviter tout contact des produits chimiques avec les yeux ou la bouche.
  • Éloigner les jeunes enfants, les animaux et les personnes sans équipement de protection des yeux de la zone où sont réalisées les expériences.
  • Ranger ce coffret d’expériences hors de portée des enfants de moins de 10 ans.
  • Nettoyer la totalité du matériel après utilisation.
  • S’assurer que tous les récipients sont hermétiquement fermés et convenablement stockés après utilisation.
  • S’assurer que tous les récipients vides sont correctement éliminés.
  • Ne pas utiliser d’autre matériel que celui fourni avec le coffret ou recommandé dans la notice d’utilisation.
  • Ne pas remettre les denrées alimentaires dans leur récipient d’origine. Les jeter immédiatement.
Informations générales de premiers soins
  • En cas de contact avec les yeux : laver abondamment à l’eau en maintenant les yeux ouverts si nécessaire. Consulter immédiatement un médecin.
  • En cas d’ingestion : rincer la bouche abondamment avec de l’eau, boire de l’eau fraîche. Ne pas faire vomir. Consulter immédiatement un médecin.
  • En cas d’inhalation : transporter la personne à l’extérieur.
  • En cas de contact avec la peau et de brûlures : laver abondamment à l’eau la zone touchée pendant au moins 10 minutes.
  • En cas de doute, consulter un médecin sans délai. Emporter le produit chimique et son récipient.
  • En cas de blessure, toujours consulter un médecin.
Conseils pour les adultes superviseurs
  • L’utilisation incorrecte des produits chimiques peut engendrer des blessures et nuire à la santé. Réaliser uniquement les expériences décrites dans les instructions.
  • Ce coffret d’expériences est à utiliser uniquement par des enfants de plus do 10 ans.
  • Compte tenu de très grandes variations des capacités des enfants, même au sein d’un groupe d’âge, il convient que les adultes surveillants apprécient avec sagesse quelles sont les expériences appropriées et sans risque pour les enfants. Il convient que les instructions permettent aux adultes surveillants d’évaluer chacune des expériences afin de pouvoir déterminer son adéquation à un enfant particulier.
  • Il convient que l’adulte surveillant s’entretienne des avertissements et des informations de sécurité avec l’enfant ou les enfants avant de commencer les expériences. Il convient d’accorder une attention particulière à la sécurité lors de la manipulation d’acides, d’alcalis et de liquides inflammables.
  • Il convient que la zone où sont réalisées les expériences soit sans obstacle et ne soit pas située près d’une réserve de denrées alimentaires. Il convient qu’elle soit bien éclairée et aérée, et à proximité d’une adduction d’eau. Il convient d’utiliser une table solide dont la surface est résistante à la chaleur.
  • Il convient d’utiliser complètement les substances contenues dans des emballages non refermables au cours d’une expérience, c’est-à-dire après l’ouverture de l’emballage.

FAQ et dépannage

Pourquoi la solution doit-elle contenir du sel ?

Le sel de table ordinaire est une substance qui appartient à une classe de composés appelés électrolytes. Lors de leur dissolution, ces composés produisent des ions chargés positivement et négativement. Cela rend la solution capable de conduire de l'électricité.

Pourquoi est-ce important ? C’est assez difficile à expliquer, mais nous allons faire de notre mieux pour essayer de répondre !

Les électrons peuvent se déplacer librement dans les métaux. En fait, leur mouvement dans une direction particulière d’un circuit électrique est ce qui crée le courant électrique. Cependant, dans une solution, ils ont besoin d’aide pour circuler. Mais pourquoi ont-ils besoin de se déplacer à travers la solution tout court ?

Les piles puisent les électrons d’une lame de fer et les transfèrent à l’autre. Lorsqu’un déficit important d’électrons survient sur la première lame, et un excès se forme sur l’autre, la réaction ralentit. Le moyen le plus logique de rétablir l’équilibre des électrons est d’organiser leur « transfert » de la zone où ils sont en abondance vers celle qui en manque.

C’est là que les ions Na+ et Cl- qui composent le sel viennent à la rescousse ! Chaque ion Cl- dispose d’un électron supplémentaire, tandis que chaque ion Na+ en a un en moins. Ainsi, les ions Сl- se comportent comme des navires de charge, transportant des électrons vers la zone qui en manque, tandis que les ions Na+ flottent dans la direction opposée comme des navires vides.

Ce processus vous permet de fermer le circuit ; c’est-à-dire que vous pouvez forcer les particules chargées qu’il contient à tourner en rond. Ainsi, les électrons se déplacent à travers la pile, les fils et les lames, tandis que les ions chargés négativement, c’est-à-dire les porteurs d’électrons, se déplacent à travers la solution d’une lame à une autre.

Les piles sont parfois comparées à des « pompes à électrons », transférant des électrons de leur « + » à leur « - ». Comment cela se produit-il ?

L’intérieur d’une pile est divisé en deux sections, séparées par une barrière. Une section contient une substance qui peut donner ses électrons, et l’autre contient une substance qui est prête à se les approprier. Un peu comme le magnésium et le fer de l’expérience « Anti-rouille » de ce coffret ! Lorsque la pile n’est pas connectée, ces substances isolées ne peuvent pas réagir entre elles, mais lorsque le circuit électrique est fermé, les électrons commencent à migrer à travers lui, provoquant le début d’une réaction. Cette réaction est appelée oxydoréduction ou réaction redox car, lors de ce processus, une substance perd des électrons (est oxydée) et l’autre gagne des électrons (est réduite).

Vous pouvez étudier les principes de fonctionnement des piles en détail et même créer vos propres piles à l’aide des coffrets « Chimie et électricité » et « Pile saline ».

Instructions pas à pas

Pour commencer, préparez une solution électrolytique avec du sel de table ordinaire NaCl. Elle accélérera la décomposition du fer Fe. Ensuite, ajoutez de l'ascorbate de sodium qui permettra de visualiser les traces de fer décomposé dans la solution.

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Plongez les lames de fer dans la solution et connectez-les aux piles grâce aux pinces crocodiles.

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Ouah ! Regardez le « brouillard » violet qui se matérialise près d'une des lames de fer ! Ce sont des ions ascorbate qui détectent des traces de fer décomposé. Mais pourquoi une seule des deux lames de fer est-elle affectée ?

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Élimination des déchets

Veuillez vous reporter aux réglementations locales pour la collecte des déchets chimiques. Jetez les autres déchets solides avec les ordures ménagères. Versez les solutions restantes dans l'évier. Rincez abondamment à l’eau.

Description scientifique

La corrosion est la destruction des métaux qui se produit lorsqu'on leur enlève des électrons. Vous avez sûrement déjà vu des exemples de corrosion dans la vie quotidienne : le fer rouille progressivement lorsqu'il est exposé à l'eau H2 et au dioxygène atmosphérique O2 . Le dioxygène et l'eau captent les électrons du fer lisse et brillant, le transformant en une substance friable, poreuse, de couleur orange foncé.

Cependant, ce n'est pas le seul moyen existant pour détruire le fer : les piles peuvent aussi très bien s'acquitter de cette tâche ! Une pile  agit comme une pompe à électrons qui transfère des électrons de son « + »  à son​ « − » . Elle prend des électrons de la lame de fer sur l'électrode « + »  et les livre à celle sur l'électrode « − » . La première lame de fer se décompose donc progressivement, passant de Fe métallique  à Fe2+ ionique .

Les ions Fe2+  sont eux-mêmes faiblement colorés. Heureusement, les ions ascorbate de l'ascorbate de sodium sont capables de les détecter ! Dès que les premiers ions Fe2+  apparaissent, les ions ascorbate  les attrapent pour former un composé violet appelé ascorbate de fer .

Que se passe-t-il avec la deuxième lame de fer ?

Tandis que l'ascorbate de fer violet se forme autour d'une des lames de fer, une autre lame se recouvre de bulles. Pourquoi le processus sur la deuxième lame est-il différent de la première ?

Au fur et à mesure que la pile transfère des électrons de la lame de fer de l'électrode « + »  à celle de l'électrode « - » , un excès d'électrons se forme sur la deuxième lame. Mais le fer n'a pas besoin d'électrons supplémentaires, il est donc prêt à les partager avec quelqu'un. Qui est le candidat principal pour récupérer ces électrons ? Il s'avère que les particules d'hydrogène  des molécules d'eau H2 dans la solution environnante sont impatientes de s'approprier des électrons, s'apparier en molécules H2  et former les bulles que vous voyez !

Ça, c’est intéressant !

Une évasion à la... sauce salsa !

On raconte qu'un prisonnier bien déterminé serait parvenu à s'échapper de sa cellule en dissolvant les barreaux avec de la sauce salsa et la batterie d'une radio. Ce système est similaire à celui de notre expérience : la sauce contient des sels et agit donc comme de l'eau salée, l'alimentation de la radio est une source de courant comme la pile, et les barreaux de la cellules se dissolvent comme la lame de fer.

Vous pouvez vérifier vous-même si cette légende a du vrai : essayez de dissoudre un clou en fer dans une sauce de votre choix à l'aide d'une pile ! À vous de jouer : la sauce soja fonctionnera parfaitement pour cette expérience !