Faculté des arts et des sciences Département de chimieccvc.research.mcgill.ca/activities/newsletter/innovateurs-ecole.pdf · d'animaux de compagnie, ... calcium du milieu est piégé

Faculté des arts et des sciences

Département de chimie

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Image:Slime_2.jpg



La Glue ou le Slime ou Silly Putty® fut inventé

par hasard. En effet, en mélangeant de l'acide

borique à de l'huile de silicone, James Wright de

chez General Electric, s'est aperçu que le

mélange s'épaississait pour donner un composé

qui rebondissait et qui pouvait s'étaler même à

des températures extrêmes, contrairement au

caoutchouc. Pourtant, cette découverte

incroyable n'a pas reçu d'avals enthousiastes de

la communauté scientifique.



En 1949, Peter Hodgson, achète pour 147$ les droits de

production de ce composé. À quelques jours de Pâques, il

eu l'idée de mettre ce polymère dans un œuf en plastique.

Ce produit devint vite un bon vendeur en rapportant des

millions de dollar. Ironiquement, c'est seulement après

son essor en tant que produit récréatif que des utilisations

pratiques de ce composé furent trouvées.

Il permet d'enlever les cheveux et la saleté, les poils

d'animaux de compagnie, les fibres de tissus par son

pouvoir "collant".

Il peut être mis sous un meuble pour le stabiliser, utilisé

dans du béton pour le consolider (et résister aux séismes!).



Le but de cette expérience est d'observer le changement

de propriétés physiques d'un polymère avant et après

réticulation.

Un polymère: Une chaîne de polymère est constituée par la

répétition identique d'un motif d'atomes appelé monomères.

Les polymères sont des molécules très courantes: pour ne

citer que les plus connues, le polyéthylène, le polystyrène, le

nylon et, en général, toutes les matières plastiques. Mais le

poly(vinyl alcohol), abrévié par PVA, a une particularité très

intéressante et peu courante pour les matières plastiques: il

est soluble dans l'eau.

Le poly(vinyl )alcool:



La réticulation: la création d'un réseau tridimensionnel par

l'interconnexion des chaînes linéaires entre elles par le biais

du borax (Na2B4O7) par des liaisons faibles (ponts hydrogène)

Dans l’eau les chaînes de polymères peuvent glisser les unes sur

les autres, ce qui leur donne un aspect liquide. Lors de la réticu-

lation, le réseau obtenu a des propriétés élastiques.



Casse net lorsqu'on la brusque, mais coule très

lentement lorsqu'on la suspend.

Peut s'étirer sur plusieurs mètres sous son propre

poids.

Deux morceaux peuvent fusionner lorsqu'on les

mélange.

Posée sur une surface lisse, s'étale en forme de flaque

circulaire.

Déposée dans un récipient, il en prend lentement la

forme.

N’est pas élastique au point de rebondir fortement.

Pour cela il faut utiliser des chaînes moléculaires bien

plus longues.



Lorsque la balle percute une

surface, la balle se déforme

ce qui correspond, à l'échelle

microscopique, à des élonga-

tions et contractions des longues chaînes moléculaires.

L'énergie cinétique est alors transformée en énergie

potentielle, comme dans un élastique. Les molécules

tendent à se remettre en place, l'énergie potentielle est

reconvertie en énergie cinétique, d'où le rebond.

Cependant, la balle ne rebondit pas jusqu'à la même

hauteur de départ car, lors du choc, une partie de l'énergie

cinétique a été dissipée en chaleur à cause des frottements

entre les chaînes moléculaires et de la réorganisation des

chaînes moléculaires entre elles, car c'est un

liquide et non un solide.

Des balles rebondissantes: juste des

chaînes polymères plus longues





Les alginates sont des polysaccharides

obtenus à partir d'une famille d’Algues Brunes :

les laminiares.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f1/Alginat.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Giantkelp2_300.jpg



Peuvent former des gels durs et thermostables utilisés

comme additifs alimentaires (E400 à E405) permettant la

reconstruction des aliments (jambon, cordons bleus, poisson

pané…).

Donnent une texture onctueuse à nombre d'aliments tels

que les crèmes glacées.

Les alginates alcalins forment dans l'eau des solutions

colloïdales visqueuses tandis que l'alginate de calcium est

insoluble comme l'acide alginique lui-même.

Sont utilisés comme épaississants, gélifiants, émulsifiants

et stabilisants de produits industriels les plus variés depuis

les gelées alimentaires, les produits de beauté, jusqu'aux

peintures et aux encres d'imprimerie.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermostabilit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Additif_alimentaire



http://fr.wikipedia.org/wiki/Jambon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cordon_bleu



http://fr.wikipedia.org/wiki/Poisson_pan%C3%A9





Les laits gélifiés le sont par des alginates et

carraghénanes, qui produisent des desserts lactés

pasteurisés.

Les billes d'alginates sont utilisées en médecine pour

encapsuler des médicaments ou des substances biologiques

fragiles (enzymes, microorganismes, cellules animales ou

humaines). L'alginate de propane-1,2-diol (E405), ester de

l'acide aliginique, est utilisé, par exemple, pour stabiliser des

mousses (vinification, additif de bière ...), et est également

utilisé dans un procédé de préparation de microcapsules.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Carragh%C3%A9nane

http://fr.wikipedia.org/wiki/Alginate_de_propane-1,2-diol













Le gel est obtenu par diffusion lente

d'ions alcalins ou d'ions alcalino-terreux

(surtout Ca2+).

Pour obtenir un gel, il faut neutraliser

les charges répulsives des carboxylates

pour permettre le rapprochement des

chaînes polymère. Les ions calcium

remplissent cette fonction.

En présence de calcium, ces segments

s’associent pour former des agrégats

similaires à des boîtes à œufs. Cette

structure forme un gel fort à froid qui

peut être irréversible thermiquement si

les liens calcium sont forts et nombreux.



Les différents procédés de gélification

des alginates

Gélification externe ou par diffusion

Une solution d’alginates est versée goutte à goutte dans une

solution contenant du calcium libre (exemple : CaCl2).

La gélification de l’alginate se fait immédiatement à la

périphérie de la goutte. Des échanges peuvent alors se

produire entre l’intérieur et l’extérieur de la goutte.

Cette technique permet d’obtenir des billes d’alginates au

cœur liquide. Ces billes résistantes à la température, peuvent

alors être déposées sur des plats chauds et incorporées dans

des boissons (champagne, sirop, lait, etc..).



Les différents procédés de gélification

des alginates

Gélification interne

Ce procédé est utilisé pour obtenir un gel d’alginates

homogène (gel dans l’ensemble du volume). Pour cela, le

calcium du milieu est piégé par un phosphate pour permettre

à l’alginate de se dissoudre complètement. Ensuite, un sel de

calcium à dissolution lente est utilisé (par exemple CaSO4). Le

calcium, libéré progressivement, forme un gel avec les

alginates. Le gel formé résiste à un traitement thermique

élevé.

Cette méthode est utilisée pour fabriquer des aliments

reconstitués : boulettes de viande, analogues de fruits, pâte

de piment ou olives, barde de lard, etc.…



Les alginates de sodium sont employés à moins de 1,5%

comme épaississants, gélifiants et liants.

Il est conseillé d’utiliser une eau en bouteille pauvre en

calcium (Ca2+<100mg/L) et non l’eau du robinet qui contient

du calcium sous forme de calcaire.

Le gel d’alginate se forme par l’ajout d’ions calcium dans la

solution (ajout d’une solution de chlorure de calcium ou lactate

de calcium).





La chimie des matières plastiques a un rôle industriel très

important. En 1980, la production mondiale de matières

plastiques atteignait, en suivant une croissance exponentielle,

50 millions de tonnes. Les matières premières (styrène,

éthylène, butadiène,…sont fournies par l'industrie du pétrole

dont approximativement 4% sont utilisés pour fabriquer les

plastiques.

Chimiquement parlant, les

plastiques sont des macromolécules

(plus de 1000 atomes par

molécule) dont les propriétés

découlent de l'agencement particulier

des molécules

géantes.

Les polymères



Les polyamides

Wallace Carothers était un chimiste

américain, né en 1896 et mort en 1937.

Elève brillant Wallace Carothers décroche

un doctorat en physique chimie et enseigne

pendant plusieurs années dans de

nombreuses universités. Reconnu et

expérimenté Carothers est recruté par la

compagnie Dupont où il travaille dans le

service chimie organique et plus

précisément sur les polymères. Wallace

Carothers y développe le nylon et le

néoprène.

http://s3.e-monsite.com/2010/12/21/04/resize_550_550//carothers.jpg



Le nylon

C'est le 28 février 1935 que l'équipe obtient une quantité

importante de polyamide 6-6. La société Dupont choisit alors

cette forme de polyamide pour la commercialisation. Le nylon est

né.



Le nylon Le nylon fait partie de la famille des polymères et plus

précisément des polyamides à cause du groupement amide

caractéristique sur la chaîne principale.

Un polyamide est une molécule issu de la réaction entre des

fonctions acides (COOH) et amine (NH2) conduisant à des

fonctions amides.

Pour former du nylon, l'acide adipique (hexanedoïque) réagit

avec l'hexaméthylène diamine (1,6-diaminohexane)



Le nylon

Grâce à ce positionnement du à la forte polarité des liaisons amides, des

liaisons hydrogènes entre les groupements CO et NH de chaînes voisines ont

lieu. Elles remettent les fibres dans leur position initiale lorsque l'étirement

cesse ce qui donne aux fibres une grande résistance. Cela les rend très

intéressants pour les vêtements près du corps (collants, chaussettes, les

maillots de bains...)





Les polymères superabsorbants (PSA) sont des

copolymères d'acide acrylique et d'acrylate de

sodium réticulés, qui forment un gel au contact de

l'eau. Ils peuvent ainsi absorber jusqu'à 100 ou

1000 fois leur poids en eau.

Les SAP ont fait leur apparition en 1938,

puis ont été étudiés en détail dans les

années 50. Il a fallu attendre la fin des

années 80 pour les voir apparaître dans

nos magasins en Europe. D'abord

composées d'un mélange de SAP et de

cellulose, les parties absorbantes des

couches-culottes ne contiennent

maintenant plus que des

superabsorbants.



Les polyacrylates

sont synthétisés par

polymérisation radicalaire de l'acide acrylique,

initiée photochimiquement

ou chimiquement, en utilisant un initiateur de

radicaux tel le peroxodisulfate d'ammonium

((NH4)2S2O8). La copolymérisation avec des agents

ramifiants permet de contrôler la taille et la

structure des chaînes polymériques, donc les

propriétés du matériau obtenu.

Les polymères superabsorbants forment un réseau de chaînes

carbonées portant des fonctions acide carboxylique et

carboxylate dans des proportions contrôlées au moment de la

polymérisation.



Quand ils sont déshydratés, ils se

présentent généralement sous forme

de poudre blanche. Ces matières sont

formées d'un enchevêtrement de

chaînes macromoléculaires

polymérisées, reliées entre elles par

des ponts hydrogène.

Les forces motrices expliquant l'absorption de l'eau par les

polymères superabsorbants sont principalement la formation

de liaisons hydrogène (des molécules d'eau s'insèrent dans le

réseau polymérique et minimisent les répulsions

électrostatiques) et la pression osmotique (milieu ionique à

l'intérieur du polymère, milieu neutre à l'extérieur).



Chaque maillon de la chaîne est fortement hydrophile. En

présence d'eau, l'eau pénètre le polymère, d'une part à cause de

la répulsion électrostatique des chaînes polymériques, et

d'autre part sous l'effet de l'attraction des groupements

hydrophiles du polymère. Sous l'effet de l'insertion de l'eau, le

réseau se déploie, le matériau gonfle et forme un gel

translucide, plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de fois

plus volumineux.



L'élasticité du polymère tend à s'opposer au gonflement, et

conduit finalement à un équilibre. Par ailleurs, l'effet peut être

contrebalancé par la pression osmotique : si le liquide ambiant

est chargé d'ions qui ne peuvent pas migrer dans le réseau de

polymères, la pression osmotique créée par la différence de

concentration empêche l'eau de pénétrer dans le réseau : le

polymère absorbe moins l'eau chargée de sels qu'il n'absorbe

l'eau pure.

http://www.facebook.com/pages/w/109021039128500





Pour un polymère donné, le pH

(protonation des fonctions

carboxylates) et la force ionique

du liquide absorbé influencent

très fortement l'absorption. Ce

dernier point est un facteur très

limitant: l'absorption des SAP

utilisés dans les couches est dix

fois moins importante pour du

liquide physiologique que pour

de l'eau pure.C'est d'ailleurs la raison pour laquelle

les couches superabsorbantes

contiennent jusqu'à 15 g de SAP alors

que 5 g sont suffisants pour absorber un

litre d'eau pure!



La réaction est réversible (avec de l'eau distillée) :

si on laisse sécher lentement le gel dans un four à

basse température (50°C), pendant quelques

heures, on peut réutiliser la poudre pour une

nouvelle expérience. Cela vient du fait que l'eau

est simplement emprisonnée, mais ne réagit pas

chimiquement avec le polymère; c'est une

absorption réversible.

Ils peuvent aussi être utilisés comme agents de

contrôle de l'humidité dans l'emballage

alimentaire, ou comme agent d'étanchéité pour

l'enrobage des câbles.



Cristaux de polyacrylamide





Le polystyrène est le polymère obtenu

par la polymérisation des monomères de

styrène

Le polystyrène de base, appelé PS cristal, est une

matière dure et cassante, pouvant être transparente

ou colorée. Ses propriétés mécaniques et thermiques

peuvent être modifiées par l'ajout de plastifiants ou

de butadiène (caoutchouc) pour en faire un

polystyrène dit choc.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Polym%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Styr%C3%A8ne



Le polystyrène cristal est extrudé seul dans

des unités d'orientation pour former des

feuilles de polystyrène orienté. Cette

orientation se fait avec des grades de PS

cristal à haut poids moléculaire, dans des

unités d'orientation en sens machine puis

sens transverse ; elle confère une meilleure

tenue mécanique à la feuille ainsi obtenue.



Température

Polystyrène

orienté





Les multiples usages de l'huile d'olive

L'huile d'olive est tout à la fois un médicament, un

cosmétique et un aliment. Les vertus de l'huile pour la

santé ont été mises en évidence dès l'Antiquité par

Hyppocrate, Pline, Galien, Dioscoride puis Averroès qui

l'utilisèrent comme composant médicinal.

Combinée à des huiles essentielles et d'autres plantes, elle

garde droit de cité dans les médecines traditionnelles et

populaires dont la phytothérapie est l'héritière. Ses vertus

chauffantes et calmantes en font une huile de massage

(Kinésithérapie). Quant à la feuille d'olivier, elle est un

fongicide naturel.



L'huile d'olive est formée de triglycérides, autrement dit

d'acides gras monoinsaturés (principalement l'acide oléique)

et de la carotène, qui produisent respectivement la vitamine

E et la provitamine A, lesquels, associés aux polyphénols,

sont de puissants agents antioxydants.

À l'inverse des huiles polyinsaturées (huiles de soja ou de

tournesol), l'huile d'olive ne dérègle pas la programmation

cellulaire, principale cause du vieillissement, par sa teneur

en vitamine E, elle augmente même la capacité de défense de

l'organisme.

La consommation d'huile d'olive est également

recommandée dans les cas des gastrites hyperchlorydriques

et d'ulcères. Elle prévient la formation de calculs bilaires,

agit favorablement sur l'atonie de la vésicule biliaire et prise

pure et à jeun, elle favorise le transit intestinal. Ses

pigments, ont une action préventive des maladies cardio-

vasculaires.



La feuille riche en

antioxydants restaure les

cellules de l'épiderme. L'huile

d'olive protège la peau; la

célèbre marque centenaire

“Marius Fabre” fabrique

encore le vrai savon de

Marseille … à Salon-de-

Provence. Le savon de couleur

verte doit contenir au moins

72% d'huile de grignons

d'olive.



Depuis plus de 3000 ans, à Alep, en Syrie,

on perpétue de père en fils les procédés de

fabrication du savon.

Pour fabriquer le savon d‘Alep, ils utilisent une huile

d’olive de première qualité de 2e pression à froid. L'huile

d’origine locale est chauffée avec de la soude naturelle en

ajoutant de la précieuse huile de baies de laurier. Tout

débute à la fin de l’automne après la récolte des olives et le

pressage de l’huile. Dans le vieux souk d’Alep, l’huile est

alors chauffée lentement, entre 80°C et 100 °C, pendant

plusieurs jours avec de l’eau et de la soude dans les

traditionnels chaudrons.

http://www.altermedica.fr/articles/savon-d-alep.php





Saviez vous que vous avez sans doute tout ce qu’il vous

faut dans votre placard pour vous faire votre propre centre

de beauté? En dépannage quand vous n’avez plus votre

crème de jour ou en soins quotidien pour la pure adepte du

bio ou parce que l’on a tout simplement envie de faire des

économies, les recettes de grands-mères sont nombreuses et

faciles a réaliser….



Une émulsion est un mélange, macroscopiquement

homogène mais microscopiquement hétérogène, de deux

substances liquides non miscibles (qui ne se mélangent

normalement pas), comme l’eau et l’huile.

Une substance est dispersée dans la seconde substance

sous forme de petites gouttelettes. Le mélange reste

cinétiquement stable grâce à un troisième ingrédient appelé

émulsifiant.

Une mousse est très similaire à une émulsion : la seconde

substance est alors un gaz (au lieu d'un liquide) dispersé

sous forme de bulles. Une autre différence importante entre

mousses et émulsions est la fraction volumique de la phase

dispersée (gaz), en général beaucoup plus élevée dans les

mousses les plus stables.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Miscible

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau

http://fr.wikipedia.org/wiki/Huile

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mousse_(physique)



Une crème hydratante

phase huileuse : huile et ingrédients solubles dans l'huile

phase aqueuse : eau et ingrédients solubles dans l'eau

émulsifiant.

La vinaigrette: phase huileuse : huile; phase aqueuse :

vinaigre

La vinaigrette est une émulsion instable. L'huile et le vinaigre

ont tendance à se séparer. Elle peut être rendue cinétiquement

stable en ajoutant de la moutarde. La moutarde broyée libère

des phospholipides, le tensioactif.

La mayonnaise phase huileuse : huile; phase aqueuse : jaune

d'œuf (composé pour moitié d'eau) et moutarde émulsifiant : la

lécithine du jaune d'œuf est l'émulsionnant (tensio-actif). Elle

est cinétiquement stable.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vinaigrette_(sauce)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vinaigre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vinaigrette_(sauce)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moutarde_(condiment)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Phospholipide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tensioactif

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sauce_mayonnaise





Les fleurs, les légumes, les fruits et, d'une

manière générale, les plantes ayant une couleur

(autre que le vert de la chlorophylle) renferment

des molécules qui sont responsables de cette

couleur. Certaines de ces molécules sont sensibles

à leur environnement chimique et leur couleur

peut ainsi varier, comme des indicateurs colorés.

Les anthocyanines :

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Cat%C3%A9gorie:Indicateur_color%C3%A9





Les anthocyanines sont une famille de colorants naturels

(les flavonoïdes) dont la couleur varie sur tout le spectre

coloré (selon les groupements présents sur le squelette de

base) et en fonction du pH de la solution, c'est à dire de son

acidité ou, au contraire, de son alcalinité (basicité). On parle

alors d'indicateur de pH. Le légume le plus représentatif est

certainement le chou rouge.

Une plante peut contenir un ou plusieurs types

d'anthocyanines, en plus ou moins grandes quantités, ce qui

fait que la variation de jus de plantes différentes en fonction

du pH peut donner des couleurs différentes.

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Cat%C3%A9gorie:Indicateur_de_pH







Avec le jus de chou rouge, il est possible de fabriquer une

échelle de couleur très variée en fonction du pH, mesuré par

exemple avec un pH-mètre. On peut ainsi utiliser un produit

naturel et à bas prix pour quelques analyses élémentaires de

pH.

La couleur vue par notre oeil est en

réalité celle qui n'est pas absorbée

par la molécule lorsqu'elle est

éclairée par une lumière blanche

(lumière du soleil), c'est à dire la

couleur complémentaire. Si la

molécule absorbe majoritairement la

couleur rouge, notre oeil verra la

couleur complémentaire : le vert.



Dans une certaine gamme de pH, la passage de la molécule

d'une forme à une autre est réversible, ce qui explique

pourquoi on peut revenir à la couleur initiale en ajoutant un

produit d'acidité contraire. Par contre si le pH est trop

basique (couleur jaune), la structure de la molécule est

modifiée (réaction chimique) et la réversibilité n'est plus

possible.

Il est alors possible de tester d'autres solutions aqueuses

pour connaître leur pH : eau distillée, eau de mer, eau de

piscine, eau gazeuse, eau savoneuse, eau de Javel, salive, jus

de fruits….



Les anthocyanines (ou anthocyanes) sont des molécules

sensibles à la présence des ions H3O+ et HO–, et par

conséquent à la valeur du pH de la solution dans laquelle

elles se trouvent. Les groupements R1 à R7 varient en

fonction des molécules de cette famille et des plantes. Ils

jouent le rôle de chromophores, c'est à dire de groupements

qui modifient la couleur de la molécule de base.

Ce sont des molécules aux propriétés antioxydantes (comme

la vitamine C, ou les polyphénols), protectrices des

ultraviolets et du dioxygène. On les utilise aussi comme

colorants alimentaires (codes E163x). Pour les

anthocyanines, le substituant R3 est un glycosyle (glucose

substitué).

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Vitamine_C



http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Les_ultraviolets

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Dioxyg%C3%A8ne



Le pH est lié à la concentration en ions H3O+ (ion

hydroxonium) présents dans une solution (notée [H3O+], mol/L),

par la relation :

pH = –log [H3O+]

dans laquelle log est le logarithme décimal.

Par exemple, :

•[H3O+] = 10–3 mol/L équivaut à pH = 3 (acide),

•[H3O+] = 10–8 mol/L équivaut à pH = 8 (basique).

Et on dit que :

•un pH = 7 est celui d'une solution neutre (à 25°C),

•un pH < 7 est dit acide,

•un pH > 7 est dit basique.



L'eau est indispensable à la vie sur

Terre. Lorsqu'elle est polluée, c'est

tout l'environnement qui est touché.

La pluie acide est la conséquence de

la pollution de l'air d'origine humaine,

à cause de la combustion des énergies

fossiles.

L'acidité de la pluie est mesurée

avec la même échelle de pH.



Les précipitations sont naturellement acides, car le dioxyde de

carbone (CO2) qui se trouve dans l'air se dissout dans les

gouttes d'eau, devient de l'acide carbonique (H2CO3) ce qui

abaisse le pH aux environs de 5,6.

L'eau de pluie même non polluée est légèrement acide à

cause de la dissociation de l'acide carbonique. On parle de

pluie acide lorsque le pH de la précipitation est inférieur à 5,6.

Les humains sont responsables de ces pluies acides de part

les émissions de composés azotés et soufrés. SO2 and NOx

sont impliqués dans de multiples processus chimiques avant

de former de l'acide sulfurique (H2SO4) ou de l'acide nitrique

(HNO3) qui causent les pluies acides…. Soyez responsables!





L'histoire de l'électricité

Depuis la Haute Antiquité, les Hommes ont cherchés à

comprendre et à utiliser des phénomènes qui se présentaient

sous leurs yeux, tels que la foudre ou l’électricité statique de

la laine… Ainsi le terme « électricité » dérive directement du

grec « êlektron » qui désigne l’ambre jaune. Car aussitôt frotté

sur un tissu, cette résine fossile attire des objets légers

(exemples : brins de paille, feuilles d’arbre). Cependant si la

découverte de ce phénomène physique est connue depuis des

milliers d’années, la théorisation et la compréhension de

l’électricité est relativement récente. En effet la première

réalisation est celle d’Alessandro Volta qui invente en 1799 :

la pile électrique.



Les atomes qui composent la matière sont fait d’électrons

chargés négativement qui gravitent autour d’un noyau

constitué de protons chargés positivement et de neutrons

possédant une charge nul. Le nombre d’électrons étant égal au

nombre de protons, l’ensemble est électriquement neutre.

Pour créer un courant électrique, il faut donc un circuit de

matériaux conducteurs qui permettra aux charges électriques

de se déplacer et un mécanisme capable de créer une différence

de potentiel entre les deux extrémités du circuit. Ce mécanisme

est appelé générateur : ce peut être par exemple une dynamo ou

une pile.



Le physicien italien connu pour ses travaux

fondamentaux sur l'électricité et son invention de

la pile électrique, Alessandro Giuseppe Antonio

Anastasio Volta est né le 18 février 1745 à Côme.

En mars 1800, Volta publie l'invention de la pile

qu'il a mise au point, constituée d’un empilement

de couples de disques zinc cuivre en contacts

directs, chaque couple étant séparé du suivant par

un carton humide. Il y souligne le fait que,

lorsqu'on les sépare, la lame de cuivre prend une

charge négative et celle du zinc une charge

positive.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f1/Pila_di_Volta_01.jpg



L'unité de tension électrique sera baptisée volt

(V) en son honneur. Si Volta meurt à l’age de 82

ans, il est considéré malgré tout comme étant un

des pionniers de l’étude de l’électricité.

La chimie progresse énormément grâce à son

invention -la pile électrique. En effet, c’est grâce à

sa pile que l’on a pu, par la suite, isoler le

dihydrogène ( H2 )et le dioxygène ( O2 ). Puis ce fut

au tour des batteries d’apparaître, se basant sur le

même mode de fonctionnement que sa pile.



La pile électrique

Le fonctionnement de la pile : l’oxydoréduction

L’oxydoréduction est une réaction chimique correspondant à

l’action d’un corps oxydant sur un corps réducteur, avec la

réduction de l’oxydant et l’oxydation du réducteur.

Le principe du fonctionnement

Nous sommes en présences des couples Cu2+/Cu et Zn2+/Zn.

Le réducteur Zn va réagir avec l’oxydant Cu2+ : le zinc va être

oxydé, et le Cu2+ réduit.

Le zinc va céder ses électrons : il est la borne – de la pile.

Le cuivre va capter ces électrons : il est la borne + de la pile.

Dans cette réaction: les électrons « partent » du zinc pour être récupérés par le cuivre car le zinc a un potentiel de réducteur plus élevé que le cuivre. La « force » de la pile est déterminée

par cette différence de potentiel



Le 7 novembre 1801, le physicien italien

Alessandro Volta présente à l'institut de

France son invention qui révolutionnera

le monde : la pile électrique.

Peut-on remplacer tout cela

par des citrons?

La pile électrique aujourd’hui

http://storage.canalblog.com/98/67/414385/22061799.jpg



Le citron, ça tombe pile!

Cu Zn

Acide citrique

(jus de citron)

= Electrolyte



Les piles sont des déchets à traiter avec précaution. Elles

contiennent des métaux (nickel, cadmium, mercure, plomb, fer,

zinc ou lithium) dont certains sont toxiques et nocifs pour

l'environnement. En outre, les piles ne sont évidemment pas

biodégradables.

En date de 2009, les métaux lourds ont été éliminés de la

plupart des piles vendues sur le marché. Ainsi les piles

alcalines ne contiennent plus de métaux lourds (sauf à l'état de

trace), la loi l'interdisant depuis des années. Certaines piles

boutons en revanche contiennent encore du mercure qui est un

métal lourd dangereux. C'est également le cas des

accumulateurs Ni-Cd, qui contiennent du cadmium.

Le recyclage!

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tal

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nickel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cadmium

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mercure_(chimie)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Plomb

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fer

http://fr.wikipedia.org/wiki/Zinc

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lithium

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cadmium



Les piles ne doivent pas être jetées dans une poubelle

ordinaire, mais doivent être amenées à un point de

collecte (dans des magasins ou d'autres édifices

publiques, comme des écoles, collèges ou certaines

entreprises). En effet elles contiennent des substances

toxiques.

Le recyclage!

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/91/Versch._Batterien.JPG



www.fitness.com/articles/uploaded/1166828782



L'eau est essentielle à

toutes formes de vie,

elle représente 70% de

notre poids corporel et

s’avère indispensable

au bon fonctionnement

du corps humain:



Régule la température corporelle (via la transpiration)

Permet la circulation des éléments nutritifs dans le corps

(circulation sanguine)

Assure le métabolisme

Assure l’élimination des déchets (système rénal ou

intestinal)

Maintient l’équilibre d’électrolytes des cellules

Donne de l’élasticité à notre peau

Lubrifie nos articulations …

http://www.eaurmc.frhttp://www.sourceh2o.com/fr/leau-est-vitale.htmlhttp://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/potable/menuRessour.html



H2O Pure:

L’eau pure (composée uniquement de

molécules d’eau – H2O) n’est qu’un concept

chimique utopique. Il s’agit d’un solvant

extrêmement efficace, capable de dissoudre

grand nombre de substances solides et

gazeuses, d’où l’improbabilité de l’isoler

sous sa forme pure.



H2O Potable: On qualifie de potable, une eau que

nous pouvons boire sans risque pour la santé. Celle-

ci doit être exempte d’organismes pathogènes et

parasites. L’eau potable peut contenir beaucoup de

minéraux dissouts sous forme d’ions: le calcium

(Ca++), le magnésium (Mg++), le sodium (Na+), le

potassium (K+), les carbonates (CO3--), les

bicarbonates (HCO3-), les sulfates (SO4

--), les

chlorures (Cl-) et les nitrates (NO3-). En revanche,

seules des quantités limitées de certaines

substances chimiques, jugées indésirables, sont

tolérées (nitrates, phosphates, métaux lourds..)



Les particules échangeuses d’ions du

filtre domestique sont ajoutées à un

mélange eau-colorant. Les molécules

de colorant (portant une charge +)

sont fixées aux particules de résine

et ne sont donc plus disponibles pour

la coloration de l’eau. Le filtre d’eau

domestique peut adhérer, via le

même mécanisme, les atomes de

Calcium (Ca++), Magnésium (Mg++),

Plomb (Pb++) et Cuivre (Cu++)…,

présents dans l’eau du robinet.

Molécule

colorant

bleuParticules

charbon

activé

Particules

résine

The Pfizer Foundation Biochemistry

Discovery Lab

Bleu de méthylène

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Methylene_blue.png



Le groupe de recherche du Professeur Sauvé (Département de

Chimie/Université de Montréal), a confirmé l’efficacité d’un système

de filtration domestique (Brita®) pour l’élimination de certains

éléments traces (Plomb et Cuivre) de l’eau potable. L’étude démontre

une réduction de 97% pour le plomb et de 94% pour le cuivre présent

dans l’eau du robinet.

([email protected])

Concentrations moyennes de plomb des eaux non filtrées

et filtrées par le système Brita®

14,4

16,9

19,3 19,3

5,2

6,6

2,6

0,6 1,0

2,1 1,9

0,4 0,2 0,2

0

5

10

15

20

25

Robinet 1 Robinet 2 Simulée 1 Simulée 2 Domicile 1 Domicile 2 Domicile 3

Tests

Co

nc

en

tra

tio

n (m

g/L

)

Avant

Après

CMA



Image topographique (10μm x 8μm) de la surface

d’une particule de charbon activé. Microscopie

Électronique.

http://www.worsleyschool.net/science/files/adsorptio

n/page.html

Particules de résine

direct.tesco.com/pi/Product

Particules de charbon activé

Image topographique (2.5 μm x 2.5 μm) de la surface d’une particule de

résine. Microscopie à Force Atomique (AFM).

Patricia Moraille, Laboratoire de Caractérisation des Matériaux -Université

de Montréal.

Particules de résine



La résine échangeuse de cations, se retrouve sous forme de

particules couvertes de la fonctionnalité acide sulfonique

(SO3H). Ces groupements acide échangeront leurs cations

hydrogène (H+) pour d’autres cations (CA+) présents dans l’eau:

RxSO3H + CA+ ↔ RxSO3CA + H+

Pb++, Ca++, Ni++, Cd++, Cu++, Zn++, Mg++,Ag+, K+, H+, Li+Affinité de plus en plus petite



Il s’agit d’atomes de carbone auxquels on a ajouté une légère

charge électropositive +, le terme actif illustre sa grande

capacité d’adsorption. Ces particules de charbon activé peuvent

alors retenir activement les impuretés chargées négativement:

(par ex. le chlore et ses sous-produits, pesticides…) Lorsque les

nombreux pores du charbon actif sont bloqués celui-ci n’est plus

actif. 1 livre de charbon activé équivaut à une aire d’environ

500 000 m2 capable d’adsorber des millions de molécules.

Le charbon activé, étant sujet à la

prolifération de bactéries, celui-ci est

souvent imprégné d’atomes d’Argent (Ag)

à cause de leurs propriétés

antibactériennes.http://www.hc-sc.gc.ca/iyh-vsv/environ/chlor_f.html

http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/water-eau/index_f.html

http://www.home-water-purifiers-and-filters.com/carbon-water-filter.php

http://www.hc-sc.gc.ca/iyh-vsv/environ/chlor_f.html


























Documents

Faculté des arts et des sciences Département de chimieccvc.research.mcgill.ca/activities/newsletter/innovateurs-ecole.pdf · d'animaux de compagnie, ... calcium du milieu est piégé