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Version actuelle datée du 22 mai 2020 à 10:33
Fabrique un clou plaqué cuivre à l'aide de pièces rouges et de la chimie...
Difficulté
Facile
Durée
1 jour(s)
Disciplines scientifiques
Chimie, Science de la matière
- Matériel et outils
- Fichiers
Clou 
Un clou est une pièce métallique de forme allongée servant à fixer deux objets l'un à l’autre. Il est composé d’une extrémité plate, parfois élargie, nommée tête et d'un corps, se terminant par une forme pointue.
Papier de verre 
Le papier de verre, papier émeri, papier abrasif, appelé aussi papier sablé au Canada1, est un papier à la surface duquel est fixé un matériau abrasif. Il est utilisé pour polir la surface de divers matériaux comme le bois, les métaux ou la pierre afin de permettre de les peindre, de les coller ou de les assembler.
Pièce en cuivre 
Le cuivre est l'élément chimique de numéro atomique 29, de symbole Cu. Il fait partit des métaux dit de transition.
Torchon
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Rectangle de toile qu'on utilise pour essuyer la vaisselle ou un journal méprisable
Vinaigre blanc 
Le vinaigre d'alcool ou vinaigre blanc peut être obtenu à partir d'un alcool de betteraves.
Le vinaigre blanc est un mélange d'eau et d'acide acétique à hauteur de 6 à 8%. L'acide acétique est obtenu par fermentation d'alcool de betterave ou de maïs.
Bocal 
Généralement en verre, le bocal peut être selon l’usage et l’époque ; en faïence, en grès ou en céramique. Parmi les avantages du verre, on peut noter la transparence permettant de voir son contenu et la possibilité de facilement désinfecter en chauffant à haute température.
Le couvercle de bocaux servant aux conserves comporte un joint de caoutchouc (généralement orange, voir photo ci-dessous). Il est relié au pot par un dispositif mécanique qui permet de le plaquer fermement sur l'orifice pour assurer l’étanchéité de la fermeture.
Sel 
Le sel de table, sel alimentaire ou sel de cuisine, est composé essentiellement de chlorure de sodium. Il se présente sous différentes formes: gros sel, sel fin, fleur de sel.
Étape 1 - Réunir le matériel
- Un clou
- Du papier de verre pour frotter le clou
- Des pièces en cuivre
- Un torchon ou un chiffon ou un vieux morceau de tissu pour nettoyer les pièces
- Du vinaigre blanc
- Un bocal
- Du sel
Étape 2 - Préparer le matériel
- Ponce le clou avec quelque chose d'abrasif comme du papier de verre.
- Nettoie les pièces avec un chiffon imbibé de vinaigre.
Étape 3 - Mettre en place l'expérience
- Verse du vinaigre dans le bocal. Remplis-le de façon a ce que le clou et les pièces que tu y mettras plus tard trempent intégralement dans le vinaigre.
- Ajoute du sel jusqu'à saturation (c'est à dire jusqu'à ce que le vinaigre ne puisse plus dissoudre le nouveau sel ajouté).
Étape 4 - Réaliser la manipulation
- Ajoute le clou et quelques pièces rouges dans la solution.
- Fais en sorte que le clou ne touche pas directement les pièces, car il n'en a pas besoin.
Étape 5 - Attendre
La réaction prend du temps, tu peux réaliser l'expérience le soir et revenir observer le matin.
Étape 6 - Observer le résultat
- Sors le clou du bocal
Que remarques-tu ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Le clou devrait être cuivré, d'une nuance de rouge semblable à celle des pièces de monnaie.
Si les pièces étaient encore un peu sales, elles devraient être propres.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Il est préférable de laisser le bocal tranquille pendant plusieurs heures. Si jamais tu mélanges ou tu remues le bocal, le cuivre adhérera moins bien.
Explications
- Au contact de l'air et avec le temps, la surface des pièces en cuivre devient noirâtre, on dit que le cuivre s'oxyde.
- Dans le verre, des particules de cuivre se détachent alors de la surface des pièces de monnaie : on les appelle des ions cuivre.
- Une fois dans le vinaigre les ions cuivre rencontrent le clou qui est en acier. L'acier contient du fer qui réagit avec les ions cuivre.
- Les ions cuivre se retransforment en cuivre sur la surface du clou et les particules de fer deviennent des ions ferreux.
- Nous venons de faire une réaction chimique qu'on appelle oxydo-réduction.
Plus d'explications
- Lorsque l'on trouve du cuivre dans la solution de vinaigre, il n'est pas sous sa forme métallique, on appelle cela des ions. Les ions cuivre sont chargés positivement. En chimie, le symbole du cuivre s'écrit Cu, les ions du cuivre s'écrivent Cu2+ (Ils ont perdu 2 charges négatives) et ils s'appellent les ions "cuivriques". L'acier contient du fer, le fer s'écrit Fe. Lorsque les ions cuivriques rencontrent les atomes de fer, ils redeviennent du cuivre. Les ions cuivriques prennent les charges qui leur manquent et redeviennent neutres sous la forme métallique Cu (cuivre). En revanche pour chaque atome de cuivre devenu métallique, un atome de fer devient un ion ferreux Fe++.
- On dit que le cuivre est un oxydant et que le fer est un réducteur. Nous venons de faire une réaction chimique qu'on appelle oxydo-réduction.
- En somme, l'ion cuivrique est réduit par le fer en cuivre et le fer est oxydé par l'ion cuivrique en ion ferreux.
- L'équation d'oxydo-réduction s'écrit alors comme ceci :
Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+
Applications : dans la vie de tous les jours
Exposé à l'air, le cuivre se recouvre d'une couche verdâtre, l'hydrocarbonate de cuivre. Cette oxydation, appelée vert-de-gris peut être enlevée grâce à l'utilisation d'une solution de vinaigre et de sel.
Tous les objets métalliques peuvent être recouverts d'une couche d'un autre métal quand on les trempe dans des solutions d'ions... C'est comme ça qu'on fait des bijoux plaqués or, argent ou platine ! Dans cette expérience le cuivre se dépose de lui-même sur l'acier, dans certains autres cas il faut appliquer un courant électrique à la solution pour que les ions se déposent sur l'autre métal.
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- Appréhender que les métaux sont aussi des substances chimiques
- Découvrir la notion de corrosion des métaux
Pistes pour animer l'expérience
- Surtout prévoir le temps que prend la réaction, ce n'est pas une expérience dont les résultats sont visibles en 30 minutes...
Sources et ressources
http://loiclecardonnel.free.fr/oxy/oxycours.htm
Dernière modification 22/05/2020 par user:Bolido.
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