Hérisson d’étain

Une pastille de zinc se transforme en hérisson !

Difficulté :
Danger :
Durée :
20 minutes
Aperçu vidéo de l’expérience

Réactifs

Sécurité

  • Portez des gants et des lunettes de protection.
  • Réalisez l’expérience sur le plateau.
  • Ne mettez pas le bouchon sur le flacon.
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

Je n’arrive pas à insérer la buse de la bouteille.

Commencez par essayer d’utiliser une autre buse de bouteille. Elle devrait s’intégrer parfaitement dans la bouteille. Et, bien sûr, vous pouvez demander de l’aide à un adulte.

Puis-je fermer la bouteille avec un autre bouchon que le rouge ?

Oui, bien sûr, vous le pouvez. Mais, assurez-vous d’utiliser le bouchon d’une bouteille destinée aux liquides ! Sinon, vous ne pourrez pas fermer la bouteille suffisamment étanchément.

J’ai versé trop de solution dans le flacon. Que dois-je faire ?

Ne vous inquiétez pas ! Continuez simplement l’expérience.

La solution s’est assombrie lorsque j’ai secoué le flacon.

Si cela se produit, il est préférable de recommencer l’expérience.

Puis-je garder le hérisson ?

Malheureusement, il n'y a aucun moyen de conserver le hérisson. Les aiguilles d'étain sont minces et fragiles, et elles s'effondrent immédiatement lorsque vous sortez le hérisson de la solution. Les aiguilles d'étain s'effondreront même si vous laissez le bouchon de la bouteille ouvert et laissez la solution s'évaporer lentement ; les aiguilles se décomposent sous leur propre poids. Il est possible de garder le hérisson dans la solution, mais pas pendant trop longtemps. Une légère agitation du hérisson en solution écrasera les aiguilles. De plus, la solution aqueuse de chlorure d'étain (II) (SnCl2) est plutôt instable dans l'air ; la solution devient rapidement trouble et un précipité se forme. Les aiguilles d'étain perdent aussi leur éclat argenté. Nous vous recommandons de prendre une photo de votre hérisson peu après sa formation et avant qu'il ne se dégrade.

Instructions pas à pas

Tout d’abord, préparez une solution de chlorure d’étain SnCl2.

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Immergez maintenant un morceau d'un métal plus actif, le zinc Zn, dans la solution de sel d’étain et voyez ce qui se produit.

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Résultat attendu

Une pastille de zinc se transforme en un hérisson épineux !

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 avec beaucoup d’eau.

Description scientifique

Les métaux sous leur forme métallique sont constitués de particules chargées positivement  intégrées dans un nuage d’électrons chargés négativement . Les particules de certains métaux aiment résider dans un tel nuage plus que d’autres.

Dans notre expérience, l’étain Sn  se sent à son aise à l’intérieur d’un nuage d’électrons, tandis que le zinc Zn , en tant que particule chargée (ou ion, comme le diraient les chimistes) préfère flotter à sa guise. Lorsque nous plaçons une pastille de zinc dans une solution contenant des ions étain Sn2+ , les ions étain « tirent » sur la « couverture d’électrons » , se transformant en étain métallique, et le zinc passe en solution .

Les particules d’étain ne se posent pas de manière aléatoire, un peu partout ; elles « s’assoient » d’une certaine façon, les unes à côté des autres. Les chimistes appellent cela une structure cristalline. L’étain forme ainsi des aiguilles élégantes, ne recouvrant pas uniformément la pastille de zinc. Les structures cristallines différent selon les composés. Avec une solution contenant des ions cuivre (CuSO4, par exemple) vous ne créerez pas un hérisson piquant , mais une drôle de bestiole .

L’étain lui-même peut avoir de nombreuses structures cristallines. À très basse température, l’étain préfère une structure différente, ce qui affecte grandement ses propriétés. Les morceaux d’étain solides deviennent cassants et s’effritent facilement. Ce phénomène est appelé « la peste de l’étain » ​​et peut causer beaucoup de problèmes, si vous comptez sur un objet en étain par temps très froid. Certains racontent que l’explorateur polaire Robert Scott l’aurait appris à ses dépens, lorsque son expédition s’est retrouvée au milieu du désert gelé de l’Antarctique, sans aucun moyen de se réchauffer. En effet, les réservoirs de carburant avaient été soudés avec de l’étain, qui se serait effrité avec le froid laissant ainsi tout leur carburant s’échapper.

Comment se forme le hérisson d'étain ?

Le zinc métallique (Zn) réagit avec le chlorure d'étain (II) (SnCl2) présent dans la solution. La réaction suivante se produit:

SnCl2 + Zn → Sn + ZnCl2

Pendant la réaction, l'étain précipite à partir de la solution sous la forme de beaux cristaux. Les cristaux d'étain se développent sur une surface de la pastille de zinc. Voilà comment le hérisson d'étain apparaît.

Pourquoi les aiguilles d'étain apparaissent-elles ?

Nous avons déjà déterminé d'où provient l'étain pendant l'expérience. Il est retiré de la solution de chlorure d'étain (SnCl2) et remplacé par le zinc.

Mais pourquoi l'étain précipite-t-il sur la pastille de zinc pour former de fantastiques aiguilles ?

La réaction entre SnCl2 et Zn se produit près de la surface de la pastille de zinc. L'étain, qui est un produit de cette réaction, se développe comme des structures cristallines en forme d'aiguilles. Ce processus est appelé cristallisation.

Chaque métal possède un ensemble de propriétés chimiques et physiques uniques, comme une structure spécifique pour ses cristaux. Les cristaux d'étain sont forts et relativement élastiques, et la vitesse de croissance des cristaux dans une direction est plus rapide que la vitesse de croissance des cristaux dans d'autres directions, ce qui entraîne l'apparition de longues aiguilles.

Pouvez-vous faire pousser des hérissons à partir des sels d'autres métaux ?

Rappelons-nous ce qui se passe dans cette expérience. Le zinc réduit l'étain dans la solution SnCl2 pour former de l'étain métallique, qui cristallise à partir de la solution sous la forme d'aiguilles métalliques.

Si nous voulons remplacer le SnCl2 par un autre sel, certaines conditions doivent être remplies, telles que :

  • le sel doit être facilement soluble et stable dans l'eau

  • le métal du sel métallique doit réagir facilement avec le zinc pour l'oxyder, pour former Zn2+ (le métal du sel est réduit à sa forme métallique non chargée)

  • le métal devrait être capable de former des structures cristallines solides

  • le métal du sel ne doit pas réagir avec l'oxygène de l'air une fois sous sa forme métallique (si les aiguilles métalliques sont oxydées, elles seront détruites).

Bien qu'il ne soit pas tellement difficile de trouver un sel métallique approprié, un hérisson peut ne pas apparaître. Les cristaux de chaque métal ont des propriétés uniques, et l'étain forme de bonnes aiguilles.

Suivi

Que se passe-t-il si je dilue la solution SnCl2 avant de faire le hérisson ?

Répétez l'expérience, mais diluez d'abord la solution de chlorure d'étain avec deux fois la quantité d'eau ; vous pouvez utiliser de l'eau potable ordinaire pour cela. L'eau filtrée est la meilleure, ou l'eau minérale qui ne contient aucun additif. N'utilisez pas d'eau gazeuse.

Lorsque nous diluons la solution de sel, nous augmentons son volume, mais parce que le nombre total de molécules de sel reste le même, la solution devient moins concentrée. Cette diminution de la concentration de chlorure d'étain donne des aiguilles d'étain plus longues, ce qui fait que le hérisson a une apparence magnifique, mais les aiguilles poussent beaucoup plus lentement. Si la solution est diluée plus de quatre fois, le hérisson se forme beaucoup trop lentement.

N'oubliez pas de prendre une photo de votre hérisson !

Ça, c’est intéressant !

Puis-je garder le hérisson ?

Malheureusement, il n'y a aucun moyen de conserver le hérisson. Les aiguilles d'étain sont minces et fragiles, et elles s'effondrent immédiatement lorsque vous sortez le hérisson de la solution. Les aiguilles d'étain s'effondreront même si vous laissez le bouchon de la bouteille ouvert et évaporez lentement la solution; les aiguilles se décomposent sous leur propre poids. Il est possible de garder le hérisson dans la solution, mais pas pendant de longues périodes de temps. Une légère agitation du hérisson en solution écrasera les aiguilles. De plus, la solution aqueuse de chlorure d'étain (II) (SnCl2) est plutôt instable dans l'air; la solution devient rapidement trouble et un précipité se forme. Les aiguilles d'étain perdent aussi leur éclat argenté. Nous vous recommandons de prendre une photo de votre hérisson, peu après sa formation et avant qu'il ne se dégrade.

Maladie de l'étain : comment un métal peut-il être « malade » ?

Appeler le métal qui se précipite dans notre expérience étain n'est pas complètement correct. L'étain peut être présent sous deux formes différentes, appelées « modifications »; l'étain blanc et l'étain gris. L'étain blanc est un solide souple et flexible et a une couleur argentée. C'est de l'étain blanc qui se forme comme les aiguilles de notre hérisson. L'étain blanc existe à des températures supérieures à 13.2оС. Il était un matériau populaire au 19ème siècle et a été utilisé pour les boutons sur les uniformes militaires, les flacons, les assiettes et autres articles ménagers, et les soldats jouets en étain pour enfants.

Cependant, si vous refroidissez l'étain au-dessous de 13.2оС, il deviendra progressivement une substance grise, fragile et friable, connue sous le nom d'étain gris. Quand l'étain est mis dans un congelateur (≈ –30оС), il se désagrège pour former une poudre grise. Fait intéressant : si vous placez un morceau d'étain gris en contact avec un morceau d'étain blanc, l'étain blanc devient « infecté » et se transforme en étain gris. Ce phénomène est connu sous le nom de maladie de l'étain.

Il y a un certain nombre d'histoires intéressantes, souvent tristes, liées à la maladie de l'étain.

La maladie de l'étain peut avoir été un facteur clé dans le destin tragique du célèbre et courageux explorateur Robert Scott. Son expédition au Pôle Sud fut sa dernière. Les explorateurs utilisaient généralement du carburant liquide contenu dans des conteneurs ou barils métalliques scellés avec des couvercles en étain. La température moyenne en Antarctique est de –60оС en hiver et de –25 – –45оС en été. L'étain blanc a pu se transformer en étain gris friable et entraîner la perte de carburant essentiel.