Peindre avec la lumière

Apprenez à dessiner à l’aide d’une diode !

Difficulté :
Danger :
Durée :
20 minutes
Peindre avec la lumière

Réactifs

Sécurité

  • Portez des gants et des lunettes de protection.
  • Réalisez l’expérience sur le plateau en plastique.
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

L’expérience fonctionnera-t-elle avec d’autres LED ?

Eh bien, la réponse est généralement « oui ». Mais vos résultats varieront considérablement !

Une LED rouge ne fonctionnera pas du tout. Une LED verte ne fonctionnera pas très bien, mais vous pourrez voir le dessin apparaître progressivement. Une LED bleue fonctionnera bien. C’est une LED UV qui donnera sans conteste le meilleur résultat.

Mais pourquoi les résultats diffèrent-ils ? Parce que la lumière émise par les LED est une forme d’énergie. La couleur différente de chaque LED représente une quantité différente d’énergie émise. Et la réaction qui révèle le dessin nécessite le transfert d’une certaine quantité d’énergie vers les réactifs.

Lorsque j’ai ajouté la solution de carbonate d’ammonium (NH4)2CO3, le mélange a commencé à faire des bulles. Est-ce normal ?

Oui, c’est tout à fait normal. La réaction produit du dioxyde de carbone CO2, que vous pouvez observer sous forme de bulles.

Le mélange que j’ai obtenu est devenu bleu. Est-ce normal ?

Si l’ensemble du mélange est devenu bleu, cela signifie probablement que vous l’avez surexposé à la lumière. Mais, ne vous inquiétez pas ! Jetez simplement ce gobelet en plastique et recommencez. Lorsque vous retenterez l’expérience, gardez à l’esprit que l’expérience doit être effectuée sous un éclairage très faible.

Et si le mélange est devenu verdâtre ? Cela fonctionnera quand même, mais l’image ne sera pas aussi contrastée.

Puis-je utiliser du papier ordinaire pour cette expérience ?

Malheureusement, le papier ordinaire est trop mince et se déchire relativement facilement. Nous vous recommandons d’utiliser le papier aquarelle fourni dans le coffret. Celui-ci contient suffisamment de papier pour refaire l’expérience plusieurs fois.

La LED ne s’allume pas. Que faire ?

Tout d’abord, assurez-vous que la LED est connectée correctement : la pince crocodile noire doit être connectée à la « patte » la plus courte, et la pince rouge à la « patte » la plus longue.

Ne laissez aucune des pinces crocodiles toucher l’autre « patte » – cela pourrait provoquer un court-circuit !

Assurez-vous que les pinces crocodiles sont fixées au métal, et non pas à l’isolant. Et enfin, essayez de changer les piles (et assurez-vous de respecter la polarité) !

J’essaie de dessiner, mais il ne se passe pas grand-chose. Que faire ?

Vous devez déplacer la diode très lentement pour donner à la réaction le temps de se produire. Essayez de dessiner plus lentement. Si cela n’aide pas, remplacez les piles de la LED : la LED ne brille peut-être pas suffisamment pour déclencher la réaction. N’oubliez pas de déconnecter la LED après utilisation ! Les piles chauffent rapidement.

Tout le papier est bleu. Et maintenant ?

Il semble que votre papier ait été exposé à trop de lumière ! Cela peut être dû à la lumière du soleil, à une utilisation de trop longue durée de la LED, ou au fait que les lumières de la pièce où vous avez effectué cette expérience sont trop puissantes ! Essayez de réduire tout éclairage lumineux et retentez l’expérience.

Instructions pas à pas

Vous aurez à manipuler des réactifs photosensibles. Vous devrez donc éviter la lumière vive, comme la lumière directe du soleil.

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Pour dessiner avec de la lumière, il vous faut (évidemment) une source de lumière ! La LED fournie dans le coffret fonctionnera très bien.

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Le deuxième ingrédient pour votre dessin à la lumière est un composé photosensible. Le citrate d’ammonium ferrique en est un. Pour le préparer, mélangez du sulfate d’ammonium et de fer(III), de l’acide citrique et du carbonate d’ammonium.

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En effet, le citrate d’ammonium ferrique est sensible à la lumière – autrement dit, il subit des changements chimiques lorsqu’il est exposé à la lumière. Mais ces changements ne sont pas directement visibles. Pour les rendre visibles, ajoutez un peu de ferricyanure de potassium : il formera un composé aux couleurs vives, lorsque le citrate d’ammonium ferrique sera exposé à la lumière.

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Appliquez votre mélange photosensible sur une feuille de papier.

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Initiez la réaction photochimique à l’aide de la LED. Dessinez lentement pour créer l’image la plus claire possible – les processus chimiques ne se produisent pas exactement à la vitesse de la lumière !

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Pour préserver votre image, vous devez retirer du papier tout mélange photosensible n’ayant pas réagi.

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Élimination des déchets

Éliminez les déchets solides avec les ordures ménagères. Versez les solutions dans l’évier et rincez abondamment à l’eau.

Description scientifique

Lorsque la lumière  frappe les ions fer Fe3+  à partir du citrate d’ammonium ferrique, elle déclenche une réaction dans laquelle Fe3+  gagne un électron , se transformant (ou, comme disent les chimistes, se réduisant) en Fe2+ . Toutefois, le produit de cette réaction n’est pas encore visible. C’est là que le ferricyanure de potassium  entre en jeu. En effet, il ne colle pas à Fe3+ , mais lorsqu’il rencontre Fe2+ , il forme un composé insoluble et intensément coloré  appelé bleu de Prusse. C’est ce que nous voyons lorsque nous regardons une image en cyanotype.

De nos jours, cette technique de « dessin avec la lumière » est surtout utilisée par les amateurs pour imprimer des photos ou même décorer des vêtements. Mais, dans la seconde moitié du XIXᵉ et au début du XXᵉ siècle, elle était couramment utilisée pour copier des dessins techniques. C’est pourquoi les plans architecturaux et les dessins techniques sont encore souvent appelés « blueprints ».

Que contient le mélange photosensible ?

Nous avons obtenu notre mélange photosensible en combinant trois composants clés :

  • des ions fer(III) Fe3+ (de la solution de sulfate d’ammonium et de fer(III))
  • des ions citrate (de la solution d’acide citrique)
  • des ions hexacyanoferrate [Fe(CN)6]3− (de la solution K3[Fe(CN)6]).

Quel rôle joue la lumière dans les réactions chimiques ?

Pour commencer, qu’est-ce que la lumière ? C’est une forme d’énergie que de nombreuses substances peuvent absorber. Quand nous parlons de l’énergie absorbée par une substance, nous voulons surtout dire que les électrons de certains des atomes de cette substance reçoivent cette énergie.

De ce fait, les électrons sont excités par cette « mise sous tension » et effectuent ce que nous pourrions appeler un « saut d’électrons ». Dans la plupart des cas, un tel saut se termine par une simple émission de l’excès d’énergie dans la zone environnante sous forme de chaleur. C’est la raison pour laquelle, par exemple, les objets de couleur foncée (qui absorbent beaucoup de lumière) chauffent rapidement au soleil.

Mais il existe une autre façon de libérer cette énergie : les électrons sous tension peuvent aussi sauter d’un atome à l’autre, entraînant ainsi des changements chimiques. Autrement dit, c’est la lumière elle-même qui initie alors la réaction chimique !

Les processus alimentés ou influencés chimiquement par la lumière sont appelés réactions photochimiques. L’un des exemples les plus connus d’une telle réaction est la photosynthèse dans les plantes – l’un des éléments constitutifs de la vie organique sur Terre.

Pourquoi l’inscription apparaît-elle ?

La lumière de la LED déclenche une série de réactions. Les ions fer(III) Fe3+ interagissent avec les ions citrate. Ils reçoivent un électron et sont réduits, se transformant alors en ions fer(II) Fe2+, tandis que les ions citrate sont oxydés :

Fe3+ + e → Fe2+

Les ions Fe2+ réagissent avec les ions [Fe(CN)6]3−, produisant le précipité bleu foncé Fe4[Fe(CN )6]3, aussi connu sous le nom de bleu de Prusse.

La couleur de la LED est-elle importante ?

Une LED rouge ne fonctionnera pas du tout. Une LED verte ne fonctionnera pas très bien, mais vous pourrez quand même voir le dessin apparaître progressivement. Une LED bleue fonctionnera bien.

Mais pourquoi leurs effets sont-ils différents ? En termes simples, disons que la lumière émise par les LED est une forme d’énergie. La couleur différente de chaque LED représente une quantité différente d’énergie émise. Et la réaction entre les ions fer(III) et les ions citrate nécessite le transfert d’une certaine quantité d’énergie vers les réactifs.

Pourquoi le dessin ne part-t-il pas au rinçage du papier ?

Le bleu de Prusse obtenu lors de l’expérience n’est pas soluble dans l’eau. Il se fixe de manière ferme sur la surface du papier, alors que le mélange n’ayant pas réagi peut facilement être lavé.

Ça, c’est intéressant !

Les secrets du bleu de Prusse

Ce pigment bleu a de nombreuses appelations, dont le bleu de Prusse, le bleu de Paris et le bleu de Berlin. Il s’agit d’un mélange de composés ferrocyanures KFe(III)[Fe(CN)6] et Fe(III)(Fe(III)[Fe(II)(CN)6)3.

Après son invention, le nouveau pigment a rapidement gagné en popularité grâce à sa couleur vive, sa stabilité et sa facilité d’utilisation. Il a de nombreuses applications, de la teinture des tissus à la copie de dessins techniques (autrement dit, à la réalisation de blueprints).

En effet, des artistes célèbres ont rapidement commencé à travailler avec le bleu de Prusse. Parmi ceux-ci figurent notamment le célèbre peintre postimpressionniste néerlandais, Vincent Van Gogh, (Nuit étoilée, 1889) et l’artiste, peintre et graveur japonais Katsushika Hokusai (La grande vague au large de Kanagawa, 1823-1831). Un certain nombre d’artistes travaillant à Paris au XVIIIᵉ siècle (Jean-Antoine Watteau, Nicolas Lancret, Jean-Baptiste Pater) et au XIXᵉ siècle (Julien Dupré, Edgar Degas et d’autres) ont également utilisé le bleu de Prusse dans leurs plus beaux tableaux.

Le bleu de Prusse dans… le thé

Au 19ᵉ siècle, le thé était encore un produit cher, auquel avaient accès principalement les plus fortunés. Des marchands malhonnêtes utilisaient parfois le bleu de Prusse pour tromper les clients : ils séchaient des feuilles de thé usagées, les coloraient avec du bleu de Prusse, les séchaient à nouveau et les vendaient comme du thé « frais » !

Le bleu de Prusse contre les radiations

Au 20ᵉ siècle, on a découvert que le bleu de Prusse pouvait quelque peu atténuer l’empoisonnement par les radiations. Il peut se lier aux isotopes radioactifs du césium et du thallium dans le tube digestif et ainsi empêcher leur absorption. Il est encore utilisé dans certains cas, même aujourd’hui !