Placage arc-en-ciel

Capturez un arc-en-ciel sur une plaque en métal !

Difficulté :
Danger :
Durée :
15 minutes
Placage arc-en-ciel

Réactifs

Sécurité

  • Portez des gants et des lunettes de protection.
  • Réalisez l’expérience sur le plateau en plastique.
  • Enlevez les gants de protection avant d’allumer la baguette.
  • Tenez les cheveux et les objets inflammables éloignés des flammes.
  • Gardez un bol d’eau près de vous lorsque vous travaillez avec du feu.
  • Placez le poêle sur le dessous de plats en liège. Ne touchez pas le poêle après l’expérience – attendez qu’il refroidisse.
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

Quelle plaque est en fer ?

Ce coffret contient deux types de plaques : des plaques de fer et des plaques de cuivre. Les plaques de cuivre ont une couleur orangée caractéristique. Les plaques de fer sont grises.

Jusqu’à quel point dois-je polir la plaque de fer ?

Plus la surface est brillante, mieux c’est. Il ne devrait pas y avoir de stries, de rouille ou de taches.

Pourquoi ne dois-je pas toucher la surface polie sans gants ?

Des traces huileuses de vos doigts (même récemment lavés) peuvent rester sur le métal. La réaction ne se produira pas dans ces endroits, ce qui gâcherait le résultat.

Je n’ai pas très bien appliqué l’autocollant. Puis-je le réappliquer sans polir à nouveau la plaque ?

Non. Vous devrez polir la plaque à nouveau. Les particules de colle laissées sur le métal peuvent compromettre l’expérience.

Au lieu d'appliquer le contour autocollant, j'ai appliqué par erreur la forme autocollante. Que faire ?

Retirez l'autocollant, polissez le dos de la plaque et appliquez-y le contour autocollant. Continuez l'expérience sur cette face de la plaque.

Le cuivre n'apparaît pas sur la surface du fer, ou alors je ne vois aucune différence. Quand dois-je rincer le sulfate de cuivre de la plaque ?

Si vous prévoyez de recommencer l'expérience, assurez-vous d'abord d'avoir très bien poli la plaque de fer (jusqu'à ce qu'elle brille). Ensuite, appliquez la solution de CuSO4 brièvement sur la plaque de fer. Il ne faut habituellement pas plus de 10 secondes pour que la couche de cuivre apparaisse. Enfin, rincez immédiatement la plaque à l'eau dès que la couche de cuivre est apparue.

L’eau du robinet a enlevé la pellicule de cuivre !

Vous avez probablement surexposé la plaque à la solution de CuSO4, ce qui a provoqué la formation d'une couche de cuivre trop épaisse. Il va falloir recommencer, malheureusement. Après l'application de la solution de sulfate de cuivre CuSO4 sur la plaque, observez-la bien attentivement et rincez-la avec de l'eau dès que la couche de cuivre apparaît. Utilisez un filet d'eau plus léger pour le rinçage.

La couche de cuivre s'est dissociée de la plaque et s'est enroulée lorsque je l'ai chauffée !

Vous avez probablement surexposé la plaque à la solution de CuSO4, ce qui a provoqué la formation d'une couche de cuivre trop épaisse. Il va falloir recommencer, malheureusement. Après l'application de la solution de sulfate de cuivre CuSO4 sur la plaque, observez-la bien attentivement et rincez-la délicatement avec de l'eau dès que la couche de cuivre apparaît.

Le cuivre est devenu blanc et non rouge bleuté quand je l’ai chauffé.

C'est normal ! Le cuivre traverse différentes phases de l'orange aux rose, violet, bleu, bleu clair, puis blanc. Si votre pellicule est devenue blanche, c'est qu'elle a traversé toutes ces différentes phases ! Si vous n'êtes pas satisfait de la couleur obtenue, essayez à nouveau en éteignant la bougie lorsque la coloration souhaitée apparaît.

J’ai effectué l’expérience et j’ai obtenu un joli porte-clés. Mais le cuivre s’enlève si facilement !

Nous vous recommandons de recouvrir le porte-clés de vernis transparent, ou de le suspendre à un endroit où il ne sera pas soumis à des frottements.

Instructions pas à pas

Nettoyez la surface du fer afin qu’il puisse facilement prendre part aux réactions chimiques.

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Protégez une partie de la plaque de fer avec l’autocollant de votre choix.

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Appliquez généreusement une solution de sulfate de cuivre CuSO4 sur la section non protégée de la plaque, et observez la réaction. Pour de meilleurs résultats, rincez-la à l’eau dès que la surface s’assombrit. Cela arrêtera la réaction.

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Séchez soigneusement la plaque, puis retirez l’autocollant. Vous pouvez déjà voir l’image — mais attendez encore un peu, le meilleur est à venir !

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L’image que vous voyez sur la plaque de fer est formée d’une fine couche de cuivre provenant du sulfate de cuivre. Lorsqu’il est chauffé, le cuivre peut réagir avec le dioxygène de l’air pour former des oxydes de cuivre.

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Les oxydes de cuivre sont des poudres anodines, mais lorsqu'ils composent de fines couches, ils sont beaucoup plus spectaculaires.

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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

Au niveau micro, tous les métaux sous forme métallique sont semblables : des particules de métal chargées positivement, des ions , reposant dans un nuage d’électrons  chargés négativement. Il en va de même pour la plaque de fer dans cette expérience. Toutefois, les particules métalliques peuvent exister autrement. Les ions cuivre Cu2+  du sulfate de cuivre CuSO4 sont dépourvus de ce confortable nuage d’électrons et parcourent la solution de manière autonome. A l'inverse du fer, le cuivre préfère sa forme métallique. Il peut facilement expulser des particules de fer du nuage d’électrons et les pousser dans la solution, prenant alors leur place, et transformant des ions cuivre isolés en cuivre métallique.

Le cuivre que vous avez attrapé avec votre appât de fer ne semblait pas si intéressant, il ne brillait même pas ! Pourquoi le simple fait de le chauffer lui a donné des couleurs ? Le cuivre chauffé peut donner ses électrons fraîchement gagnés au dioxygène O2, formant ainsi des oxydes de cuivre sous forme de poudre : le CuO — noir et le Cu2O — brun-rougeâtre. Mais lorsque ceux-ci forment des couches extrêmement fines, on observe des phénomènes remarquables. Une fine couche  d’oxyde de cuivre peut transmettre de la lumière . Un peu de celle-ci rebondit de l’autre côté de la couche et revient à la surface. Mais une partie de la lumière est perdue. Les fines couches étouffent certaines couleurs et en amplifient d’autres, ces couleurs variant en fonction de l’épaisseur de la couche. Ce qui reste  détermine la couleur que vous voyez.

Cette propriété optique des structures extrêmement fines est intelligemment utilisée par certains organismes vivants. Dans la nature, il est parfois très difficile pour un organisme de produire un pigment d’une certaine couleur (par exemple : le bleu). Mais un organisme peut utiliser des matériaux de couleurs ordinaires faciles à obtenir pour former des « pièges à lumière », qui ne reflètent que certaines couleurs habituellement beaucoup plus attractives. Plusieurs oiseaux  et insectes  utilisent cette astuce. Pensez au lustre bleu de certains coléoptères, ou au plumage vibrant d’un canard à col vert ! Ils ne possèdent pas de pigments verts ou bleus : ils trompent nos yeux par une illusion d’optique.

Ça, c’est intéressant !

Où voir encore cet effet arc-en-ciel ?

Cet effet arc-en-ciel se retrouve dans les minces pellicules d’huile, d'essence et d’autres composés organiques, que vous pouvez parfois apercevoir à la surface de l’eau. Une goutte d'essence dans une flaque d’eau en fait briller la surface avec toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. Bien que ce soit très nocif pour l’environnement, c’est époustouflant à voir. On peut observer un effet similaire dans les bulles de savon : vous pouvez en faire l'expérience à la maison sans danger. Examinez aussi les hologrammes colorés appliqués à des produits pour les protéger de la contrefaçon. Certains matériaux de décoration, comme les tissus irisés, les perles artificielles, les peintures pour automobiles ou les vernis à ongles, sont également très intéressants à observer.

Cet effet irisé se retrouve largement chez les animaux sauvages : dans le plumage des oiseaux, dans les tissus tégumentaires des insectes, ainsi que dans les écailles des reptiles aquatiques. Fait intéressant : les nuances et la luminosité des couleurs peuvent changer en fonction de l’angle de vue. Avez-vous déjà vu les plumes des étourneaux ou le cou des canards chatoyer d’une couleur bleu-vert ? Outre l’effet arc-en-ciel, la nature ajoute parfois un effet brillant ou miroir. Celui-ci peut être observé sur de nombreux poissons.

Un autre bon exemple est celui des plumes de paon aux couleurs vives. En fait, ces couleurs sont une illusion : les plumes de paon sont principalement brunes. Mais la structure particulière de ces plumes déforme les ondes lumineuses qu’elles réfléchissent, générant des illusions à couper le souffle !