Dessins acides
Ou comment le bleu de thymol réagit aux changements de pH !
Réactifs
Sécurité
- Portez des gants et des lunettes de protection.
- Réalisez l’expérience sur la feuille de protection.
- 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.
- 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.
- 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
Ajoutez juste assez d’eau pour recouvrir le fond de la boîte de Pétri. Veillez à ne pas trop en ajouter : vous allez mélanger les contenus de la boîte de Pétri à l’étape suivante.
Ajoutez encore quelques gouttes de solution de Na2CO3 et mélangez.
Ne vous inquiétez pas : ce n’est pas critique. Continuez simplement l’expérience.
Vous pouvez utiliser diverses substances hydrosolubles, de différents niveaux d’acidité, pour créer des motifs semblables à ceux de notre expérience. Par exemple, une solution de bicarbonate de sodium ordinaire a un pH alcalin (c’est-à-dire que la solution est basique). Lorsque vous préparez cette solution, utilisez de l’eau chaude pour aider le bicarbonate de sodium à se dissoudre plus facilement.
Vous pouvez aussi utiliser des sels volatils qui, une fois dissous dans l’eau, forment une solution d’ammoniac, c'est-à-dire un milieu basique. Cette solution dégage toutefois une odeur agressive : il est donc préférable de l’utiliser dans un endroit bien ventilé, ou même à l’extérieur.
En attendant, vous pouvez utiliser des solutions d’acide citrique ou acétique, ou ajouter du jus de citron pour servir de milieu acide.
Instructions pas à pas
Préparez une solution diluée de carbonate de sodium. Il s’agit d’une solution alcaline : son pH est supérieur à neutre.
Ajoutez le bleu de thymol, qui agit comme indicateur de pH. Il deviendra bleu en milieu alcalin.
Ajoutez maintenant l’hydrogénosulfate de sodium NaHSO4 (un sel acide) pour abaisser le pH de la solution.
Ajoutez maintenant du carbonate de sodium Na2CO3 (une solution alcaline) pour augmenter le pH de la solution.
Vous pouvez répéter les étapes 3 et 4 plusieurs fois. Essayez d’ajouter des volumes différents de NaHSO4 et de Na2CO3.
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
L’ajout de certaines substances augmente la concentration en ions H+
dans la solution, ce qui en diminue le pH. Ici, nous avons utilisé de l’hydrogénosulfate de sodium NaHSO4. L’ajout de certaines autres substances, dont le carbonate de sodium Na2CO3, augmente la concentration en OH−
dans la solution, ce qui en augmente le pH.
La combinaison de H+ et de OH− produit de l’eau H2O
par une réaction de neutralisation. L'indicateur de pH permet d’observer comment le milieu acide (pH faible) créé par le NaHSO4 est neutralisé par le milieu basique (pH élevé) du Na2CO3, et inversement.
Des réactions de neutralisation se produisent aussi dans la bouche. En effet, les résidus de nourriture créent un environnement acide, pouvant abîmer nos dents. La salive combat cette réaction et neutralise le milieu acide. Beaucoup de boissons pétillantes ont un pH faible. Pour ne pas abîmer les dents, il ne faut pas en boire trop, car la salive ne peut pas tout neutraliser si vite.
Pourquoi le bleu de thymol change-t-il de couleur ?
Le bleu de thymol change de couleur selon le milieu dans lequel il se trouve. En d’autres termes, il s’agit d’un indicateur de pH. Dans un milieu basique, il devient bleu ; dans un milieu acide, il devient rouge ; et dans un milieu presque neutre, il devient jaune.
Le bleu, le rouge et le jaune sont considérés comme des couleurs « primaires », car leurs combinaisons peut donner de nombreuses variations supplémentaires : bleu + jaune = vert, jaune + rouge = orange, rouge + bleu = violet. Vous pouvez aussi créer ces combinaisons dans votre boîte de Pétri ! Il suffit de remuer le contenu doucement avec une baguette en bois.
Comment l’acidité de la solution dans la boîte de Pétri change-t-elle ?
L’acidité d’une solution dépend de son rapport entre les ions d’hydrogène chargés positivement H+ (protons) et les ions d’hydroxyde chargés négativement OH-. Une solution est acide si elle contient plus d’ions H+ que d’ions OH-; à l’inverse, elle est basique si elle contient plus de OH- que de H+.
L’eau ordinaire est pratiquement neutre : le nombre de H+ et OH- qu’elle contient est presque égal. Certaines substances peuvent toutefois augmenter la concentration en ions H+ ou OH-, augmentant ou diminuant ainsi respectivement le pH.
Par exemple, le carbonate de sodium, que nous avons d’abord ajouté à la boîte de Pétri, crée un milieu basique. Son interaction avec l’eau produit une grande quantité d’ions d’hydroxyde OH- :
Na2CO3 + H2O → 2Na+ + HCO3- + OH-
Cette abondance d’ions d’hydroxyde rend la solution dans la boîte de Pétri basique. Le bleu de thymol peut être utilisé pour le confirmer : il devient bleu lorsqu’il est ajouté à la solution.
Le bisulfate de sodium, contrairement au carbonate de sodium, se dissout dans l’eau et libère des protons H+ :
NaHSO4 → Na+ + H+ + SO42-
La solution devient acide dès que le bisulfate de sodium est ajouté dans la boîte de Pétri.
Lorsque nous ajoutons des réactifs à différents endroits de la boîte de Pétri, l’acidité de la solution change de manière inégale. À certains endroits, les ions H+ dominent, tandis que le OH- règne dans d’autres endroits. En conséquence, le bleu de thymol ponctue la solution d’une variété de couleurs. Lorsqu'on mélange, l’acidité du milieu devient uniforme dans toute la solution, de sorte que la couleur du bleu de thymol devient également uniforme.
Ça, c’est intéressant !
Comment les niveaux de pH affectent-ils les organismes vivants ?
Les modifications du pH de diverses solutions situées dans l'environnement, voire à l’intérieur des organismes vivants peuvent affecter considérablement leur qualité de vie. Par exemple, un pH inférieur à 6 est généralement trop acide pour les poissons. Même si cela ne tue pas les poissons et les autres espèces aquatiques directement, cela peut nuire à leur croissance et à leur reproduction. Les œufs de poissons n’écloront pas si le pH de l’eau est inférieur à 5. En revanche, si le pH dépasse 9, la capacité des poissons à absorber le dioxygène est entravée, et ils peuvent même suffoquer.
Il est aussi important de surveiller le pH de l’eau de pluie, qui peut être relativement acide en raison de la présence d’acide sulfurique H2SO4 et d’acide nitrique HNO3. Ces acides se forment dans l’atmosphère à partir d’oxydes d’azote et de soufre émis par de nombreuses industries, systèmes de transport, chaudières et centrales thermiques. Les pluies acides à pH bas (inférieur à 5,6) détruisent la flore et la vie marine. Par la suite, dans un sol acide, les arbres et les plantes sont moins capables d’absorber les eaux souterraines dont ils ont besoin pour grandir.
Le pH est également important pour les êtres humains, car le corps maintient un certain équilibre acido-basique. Les perturbations de cet équilibre peuvent entraîner de nombreux problèmes graves. Chaque organe ou fluide corporel (comme le sang ou la salive) maintient un certain pH. L’estomac, par exemple, abrite un milieu extrêmement acide (son pH se situe entre 1,8 et 3,0). Ce milieu est maintenu par l’acide chlorhydrique HCl, qui favorise la dégradation des aliments dans l’estomac, et qui agit comme un agent antibactérien. Les produits digestifs pénètrent ensuite dans l’intestin, où le pH est alcalin (pH entre 7 et 8). De cette façon, l’acide se forme dans une région de l’estomac, et il est neutralisé dans l’autre (au bas de l’estomac) :
HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2O
L’acide gastrique est principalement neutralisé par le bicarbonate de sodium NaHCO3.
