Cinétique (5) – Catalyse

zeolithe

https://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/THEMES/catalyse/defini.htm

Cristaux de zéolithes sur une surface en alumine vus au microscope électronique. Les zéolithes sont des composés minéraux de synthèse voisins des argiles. Leur structure microporeuse et leurs propriétés acides en font des catalyseurs très utilisés dans l’industrie, notamment pour la transformation des hydrocarbures (pétrochimie). © CNRS Photothèque.

 

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Le terme de « catalyse ›› a été utilisé pour la première fois dans le sens moderne par Jöns
Jacob Berzelius en 1835. Mais le mode d’action des catalyseurs n’a été vraiment compris qu’après le développement de la cinétique chimique avec Wilhelm Ostwald (Nobel 1909). Un grand nom français : Paul Sabatier (Nobel 1912), auteur de << La Catalyse en Chimie Organique ››. Fritz Haber (Nobel 1918) a mis au point avant la guerre de 1914 un procédé à catalyse hétérogène permettant de synthétiser l’ammoniac (NH3) à partir d’hydrogène et de l’azote de l’air… et de cette façon permis à l’Empire allemand de prolonger son effort de guerre, car l’ammoniac, oxydé en nitrates, joue un rôle crucial dans la fabrication des explosifs. D’autres noms associés à la science des catalyseurs sont Irving Langmuir (Nobel 1932) ou Cyril Hinshelwood (Nobel 1956). […]

Société chimique de France. L’actualité chimique, mai 2002.

 

 

La vitesse d’une réaction peut être profondément modifiée par la présence d’une substance qui semble ne pas intervenir directement puisqu’on la retrouve inchangée en fin de réaction et qui agit généralement en faible proportion par rapport aux réactifs.

– Les catalyseurs sont des substances qui augmentent la vitesse d’une réaction.

– Les inhibiteurs diminuent la vitesse.

L’action du catalyseur s’explique par une diminution de l’énergie d’activation qui entraîne, à même température, une augmentation du coefficient de vitesse.

Maurice Griffé. Chimie.

 

 

appareil

https://fr.wikipedia.org/wiki/J%C3%B6ns_Jacob_Berzelius

histoire

Les caractéristiques générales de la catalyse sont maintenant bien définies. Une approche pluridisciplinaire associant les méthodes et techniques de la chimie physique, inorganique et organique, de la physique des surfaces et de la physique du solide et du génie chimique a permis d’établir le mécanisme de nombreuses réactions catalytiques : espèces intermédiaires, étapes élémentaires du cycle catalytique, caractéristiques des espèces ou sites actifs. La combinaison de cette connaissance scientifique et de techniques combinatoires permet d’accélérer la conception, l’optimisation et la fabrication de catalyseurs d’activité, sélectivité et stabilité optimales.

La science de la catalyse peut maintenant être considérée comme mature, ce qui ne l’empêche pas de continuer à innover, tant au niveau des concepts que des applications. À travers le développement de nouveaux catalyseurs, de nouvelles technologies pour leur préparation et leur mise en œuvre, cette capacité d’innovation devrait permettre de relever les grands défis de l’avenir que constituent la protection de l’environnement, l’amélioration de l’efficacité énergétique des procédés, la valorisation de nouvelles sources carbonées (biomasse).

Michel Guisnethttps://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/procedes-chimie-bio-agro-th2/catalyse-et-procedes-catalytiques-42325210/introduction-a-la-catalyse-j1200/

 

 

[…] Victor Grignard (École Supérieure de Chimie Industrielle de Lyon) et Paul Sabatier (Institut de Chimie de Toulouse) furent ainsi co-lauréats du prix Nobel en 1912. En particulier, Paul Sabatier fut récompensé pour ses travaux sur la « Méthode d’hydrogénation de composés organiques en présence de métaux finement divisés » ; il était le deuxième prix Nobel récompensant la catalyse hétérogène après F.W. Ostwald en 1909: « Un catalyseur est un corps qui accélère la vitesse d’une réaction sans apparaître dans les produits finaux. » […]

La catalyse en général, et hétérogène en particulier, est très rapidement devenue un outil essentiel pour le développement de la chimie industrielle. Actuellement, 85 % des procédés industriels utilisés de par le monde sont de nature catalytique, 15 % seulement de nature stœchiométrique ; la proportion est encore bien plus importante si l’on considère les quantités de produits générés. En effet, la catalyse est au cœur de la production de masse des produits issus du raffinage, de la pétrochimie, de la chimie des grands intermédiaires et des commodités. Les procédés actuels sont basés à 80 % sur la catalyse hétérogène, à 17 % sur la catalyse homogène et à 3 % sur la biocatalyse. […]

Les grandes tendances actuelles d’intervention de la catalyse hétérogène sont :

– la production de vecteurs énergétiques : carburants synthétiques et reformulés, biocarburants… ;

– la chimie nouvelle comme outil du développement durable : économie d’atomes et d’énergie, utilisation du carbone renouvelable ;

– la dépollution ; 

– les catalyseurs-réacteurs structurés du micron au millimètre pour l’intensification des procédés. […]

Parmi d’autres exemples, des mousses de carbure de silicium, excellent conducteur thermique très résistant à la corrosion et présentant des diamètres d’ouverture d’environ 300 µm, ont été enduites de catalyseur TiO2 pour des applications en catalyse liquide-solide. Dans un composant en silicium fabriqué avec les techniques de la microélectronique, chaque pilier de 5 x 60 µm a été recouvert d’un fin dépôt de γ-alumine (1 µm), sans bouchage du composant et sans sédimentation incontrôlée (figure 22). Cette alumine, un solide poreux très utilisé en catalyse, peut ensuite servir de support à des nanoparticules de platine afin de les stabiliser. Ce catalyseur est alors très performant dans des réactions très endothermiques de déshydrogénation en phase gazeuse.

 

mocroSil

Bernard Coq (coordinateur). Matériaux catalytiques et catalyse hétérogène. L’actualité chimique – 2010.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (5)).

 

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Les travaux de ce chantier portent sur l’interprétation de divers exemples de catalyses homogènes et hétérogènes. On aborde donc le rôle du catalyseur dans
la modification du chemin réactionnel, donc des espèces intermédiaires et des énergies d’activation
. Le sujet n’est évidemment pas traité de façon exhaustive (ni dans sa complexité théorique) : par exemple, la catalyse enzymatique ou la notion de sélectivité ne sont pas abordées ici.

 

Un partie expérimentale donne à observer, de façon qualitative, plusieurs exemples classiques de catalyse :

 

[1-observations.pdf]

 

observer

observer2

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Cinq travaux portent sur l’interprétation. La consigne de travail individuel est donnée dans chaque document de travail. On le prolonge naturellement par une mise en commun en petit groupe puis une collecte des propositions et discussion sous forme d’animation tableau.

 

1. catalyse homogène de l’estérification par H+ :

[2-esterification.pdf]

 

ester1

ester2

 

2. catalyses homogènes redox :

[3-redox.pdf] 

 

redox

 

3. catalyse hétérogène de l’hydrogénation :

[4-heterogene-1.pdf]

 

heterogene1

heterogene1-2

Voir aussi l’animation : [catalyse.exe]  (© NCSSM 2002)

exe

 

 

4. catalyse hétérogène de l’oxydation et la déshydrogénation :

[5-heterogene-2.pdf]

 

heterogene2

 

5. photocatalyse de la décomposition de l’eau :

[6-photocatalyse.pdf] et un corrigé [6-photo-corrige.pdf]

Ce contenu est également utilisé dans le chantier Dihydrogène.

photo1

photo2

corr3

 

 


 

Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (5)).

docs

 

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Cinétique (4) – Spectro

890_html_1bd070a1

Suivi cinétique par spectrophotométrie dans le domaine du visible.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (4)).

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Deux types de travaux sont proposés :

– une élaboration de protocole pour la réaction d’oxydation de l’acide oxalique par le permanganate :

[1-permanganate.pdf]

 

permanganate2

permanganate3

– un problème sans question :

[2-probleme.pdf]

probleme

Dans les deux situations le travail individuel est suivi d’une mise en commun en groupe puis une collecte des propositions avec animation tableau.

On trouvera également deux compléments :

une animation [spectro.swf] d’Adrien Willm

spectro

 et [spectro-visible.pptx].

diapo

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (4)).

docs

docs2

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Cinétique (3) – Facteurs

Complexe activé

formene0

 

Dans l’ouvrage de 1896* apparaît également une explication de la cause des vitesses des réactions : « Le fait qu’une réaction a besoin d’un certain temps pour s’accomplir démontre qu’à côté de la cause qui la produit, et que nous nommerons la force impulsive ou l’affinité, il y a une force retardatrice qui entre en jeu. » Parmi les facteurs explicatifs de cette force retardatrice, outre la probabilité de rencontre des molécules (autrement dit les chocs efficaces), on trouve l’orientation des molécules, la vitesse de déplacement des molécules dans le solvant et le déplacement (l’échange) d’atomes. Certains corps ou mélanges de corps peuvent ainsi exister dans un « état d’équilibre apparent ».

[…]

À la fin du XIXe siècle, les lois de vitesse ainsi que les notions d’ordre de réaction et de molécularité ont été établies sur des bases expérimentales et admises par la communauté des chimistes. Van’t Hoff puis Arrhenius, qui ont adopté l’hypothèse atomique, commencent à modéliser à l’échelle moléculaire en considérant que la vitesse d’une réaction est liée aux collisions ou chocs entre les molécules. Lors de l’étude de l’influence de la température sur la vitesse d’une réaction, Arrhenius introduit dans le processus de réaction un stade intermédiaire, l’état d’activation, dans lequel certaines molécules, au prix d’une certaine absorption d’énergie, se trouvent dans un état exceptionnel différent de l’état moyen des molécules normales.

* Van’t Hoff J.H. (1896), Leçons de chimie physique professées à l’Université de Berlin, Traduction française de M. Corvisy, Hermann, Paris, 1898.

Alain DUMON. La naissance des concepts de la cinétique chimique au XIXe siècle. L’actualité chimique.

 

 

https://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/AUTRES/scientifiques/savants.htm

Jacobus Henricus VAN’T HOFF. Chimiste hollandais (1852-1911) – Prix Nobel de chimie en 1901. Premier Prix Nobel de chimie de l’Histoire, Van’t Hoff se fait remarquer dès ses 22 ans en publiant un mémoire expliquant la relation entre la structure des composés organiques et leur activité optique. Il propose également la géométrie tétraédrique du méthane et des composés apparentés. Il est ainsi, avec Achille Le Bel, un des principaux fondateurs de la stéréochimie. Ses études sur les relations entre température et vitesse de réaction poseront par la suite les bases de la cinétique chimique. Van’t Hoff reçoit son Prix Nobel pour la découverte des lois de la dynamique chimique et de la pression osmotique dans les solutions.

Svante August ARRHENIUS. Chimiste suédois (1859-1927) – Prix Nobel de chimie en 1903. Ses travaux sur la dissociation électrolytique constituent les bases de la chimie physique et de l’électrochimie. Il prouve que dans les solutions électrolytiques, les composés chimiques dissous sont dissociés en ions, même en l’absence de courant traversant la solution. Il démontre l’influence de la température et de la concentration des espèces activées sur la vitesse d’une réaction. La loi qui porte son nom met ainsi en évidence la variation de la constante d’équilibre d’une réaction chimique en fonction de la température. 

arrheniusvanthoff

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (3)).

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 On étudie ici les facteurs, essentiellement la température et la concentration pour les réactions en solution, qui influencent la vitesse des réactions chimiques.

Une partie expérimentale qualitative permet d’observer les effets :

[observations.pdf].

observer

Une construction théorique est abordée, avec notamment les notions de complexe activé, de choc efficace et de profil réactionnel : [interpretations.pdf]. Les documents [SN.pdf] et [mechanism.pdf] ainsi que des animations et diaporamas sont exploitables pour élaborer l’interprétation du rôle des facteurs cinétiques.

docs2

 

interpreter

sn1sn2

mechanism

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (3)).

docs1

docs2

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Cinétique (2) – Iodométrie

H2O2

h2o2compact

https://fr.wikipedia.org/wiki/Peroxyde_d%27hydrog%C3%A8ne

Le peroxyde d’hydrogène possède à la fois des propriétés oxydantes par exemple vis-à-vis d’ions iodure et des propriétés réductrices par exemple vis-à-vis des ions permanganate. C’est un agent de blanchiment efficace. Il est utilisé comme antiseptique.

 

dangers

 

 

Le peroxyde d’hydrogène a été isolé pour la première fois en 1818 par Louis Jacques Thénard en faisant réagir du peroxyde de baryum avec de l’acide nitrique. Le procédé a pu être amélioré en utilisant de l’acide chlorhydrique à la place de l’acide nitrique, suivi par l’ajout d’acide sulfurique pour précipiter le sulfate de baryum comme sous-produit. Le procédé Thénard est utilisé de la fin du xixe siècle jusqu’au milieu du xxe siècle.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (2)).

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On étudie ici la cinétique d’oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée (peroxyde
d’hydrogène) ; on procède par dosage en continu du diiode formé par le thiosulfate S2O32-.

 

 

Deux versions sont disponibles.

 

– Un travail classique avec l’énoncé du protocole et les questions d’exploitation, et corrigé :

[1-iodometrie.pdf] ; [corrige.pdf] 

2iodo

1iodo2

 

 

– La même situation présentée sous forme d’élaboration de protocole :

[2-iodometrie.pdf].

 

1iodo

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (2)).

docs

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Cinétique (1) – Conductimétrie

manip

Le terme de conductimétrie désigne une méthode de mesure des propriétés conductrices d’une solution qui permet notamment de déterminer la concentration des ions. La conductimétrie peut alors être mise en œuvre pour des titrages (par précipitation, échange de proton ou complexation par exemple). On peut aussi l’utiliser pour l’étude de la cinétique de certaines réactions.

Il s’agit ici du suivi d’une cinétique chimique par conductimétrie. La réaction, classique, concernée est la solvolyse du chlorure de tertiobutyle.

chlorure de tertiobutyle

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier cinetique (1)).

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Trois formules sont proposées.

 

– Un travail de laboratoire présenté de façon classique :

document [1-conductimetrie.pdf].

conducti1

ir

rmn

 

– Le même sujet mais abordé sous l’angle de l’élaboration de protocole et de réflexion sur les questions théoriques abordables : 

document [2-conductimetrie.pdf]

les propositions élaborées individuellement sont mise en commun en groupe puis mutualisées avec animation tableau.

 

conducti2

 

– La présentation du sujet sous la forme d’évaluation des compétences expérimentales (E.C.E.), comme outil d’entraînement à cette épreuve :

document [3-conductimetrie.pdf].

 

conducti3

 

Des documents d’aide sont également disponibles :

[conductivité.pdf], [solvant.pdf], [SN.pdf].

 

conduct2

SN

 

On trouvera aussi un sujet type bac  [probleme-solvolyse.pdf]et son corrigé, ainsi qu’une activité sous forme de vérification de document [solvolyse-verification.pdf].

 

pb1

pb2

 

veri1

veri2

Des animations illustrent les mécanismes des substitutions nucléophiles :

[SN1.swf], [SN2.swf], [profil1.swf], [profil2.swf].

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier cinetique (1)).

docs1

docs2

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Acide/base (4) – Titrages

burette-digitale-titrette-50ml-avec-interface-rs232-brand

https://www.atlanticlabo-ics.fr/

vinaigre2

On aborde ici les titrages acido-basiques (échanges de protons). Il s’agit d’un travail préparatoire aux activités de laboratoire.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier acide-base (4) titrages).

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Document de travail : [1-titrages.pdf]

 

La consigne donnée au document de travail est d’abord individuelle : il s’agit de mettre au point des protocoles de titrage d’acides ou bases de produits commerciaux. Trois méthodes sont envisagées et documentées : pHmétrie, conductimétrie et colorimétrie.

 

titrages

Les propositions élaborées sont mises en commun en petit groupe (ce qui peut donner lieu à la réalisation d’affiches de résumé) puis mutualisées en grand  groupe avec animation tableau.

 

 

Documents d’aide : 

[2-documents.pptx] ou [2-documents.pdf]

ou bien 

[donnees.pdf] ; [vinaigre.pdf][graphes.pdf] 

[exemples.pdf] ; [indicateurs.pdf] ; [incertitudes.pdf] ;

[tableau-avancement-titrage.pdf]

 

 

données

vinaigre

indicateurs

phmetrie3

phmetrie2

graphe3

incertitudes

corrigegraphes

tableau

exemples

Deux animations : 

 [dosage-pH.swf] de D. Labatut

anim1

[methode-tangente.swf]  http://theobromine.uchini.be/

anim2

Complements :

Les animations d’Isabelle Tarride et Jean-Claude Desarnaud  : 

dossier [labo-tarride-desarnaud] http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/phy_chi/Menu/Activites_pedagogiques/cap_exp/index.htm

 

Et un bon nombre de problemes (anciens sujets de bac) : dossier [problemes]

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier acide-base (4) titrages).

docs1

docs2

docstarride

docs pb

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Dihydrogène (1) – Electrolyse

f854fee8d12bc9acc48ae1823866bd82-l-hydrogene-la-prochaine-revolution-ferroviaire

https://www.ouest-france.fr/economie/transports/train/sncf-l-hydrogene-la-prochaine-revolution-ferroviaire-6080562

Le régiolis hybride pourrait rouler sur certaines lignes TER en 2024. ©ALSTOM/DESIGN AND STYLING

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– Et qu’est-ce qu’on brûlera à la place du charbon ?

– L’eau, répondit Cyrus Smith.

– L’eau, s’écria Pencroff, l’eau pour chauffer les bateaux à vapeur et les locomotives, l’eau pour chauffer l’eau !

– Oui, mais l’eau décomposée en ses éléments constitutifs, répondit Cyrus Smith, et décomposée, sans doute, par l’électricité, qui sera devenue alors une force puissante et maniable, car toutes les grandes découvertes, par une loi inexplicable, semblent concorder et se compléter au même moment. Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait avoir. Un jour, les soutes des steamers et les tenders des locomotives, au lieu de charbon, seront chargés de ces deux gaz comprimés, qui brûleront dans les foyers avec une énorme puissance calorifique.

Ainsi donc, rien à craindre. Tant que cette terre sera habitée, elle fournira aux besoins de ses habitants, et ils ne manqueront jamais ni de lumière ni de chaleur, pas plus qu’ils ne manqueront des productions des règnes végétal, minéral ou animal. Je crois donc que lorsque les gisements de houille seront épuisés, on chauffera et on se chauffera avec de l’eau. L’eau est le charbon de l’avenir.

Jules Vernes. L’île mystérieuse. 1875.

 

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene (1) electrolyse).

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Trois thèmes sont abordés à propos du dihydrogène :  l’électrolyse de l’eau, les piles à combustible et la photo-électrolyse de l’eau.

 

 

1. L’électrolyse de l’eau

Document de travail : [1-electrolyse.pdf] et [1-corrige.pdf]

electrolyse1

electrolyse2

corr1

 

 

2. Les piles à combustible

Document de travail :[2-piles.pdf] et [2-corrige-piles.pdf] ou [2.corrige.pptx]

 

Un problème sans question (d’après un sujet de bac) : [2-probleme.pdf] et [2-probleme-corrige.pdf]

 

 

pile

probleme

pb-corr

 

3. La photo-électrolyse de l’eau

Document de travail : [3-photo-electrolyse.pdf] et [3-corrige.pdf]

photo1

photo2

corr3

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Les documents de travail donnent la consigne pour le travail individuel. Ce dernier est suivi d’une mise en commun en groupe (avec éventuellement production d’une affiche de résumé) puis une collecte et discussion des propositions sous forme d’animation tableau.

La troisième partie aborde le sujet des semi-conducteurs (ici TiO2) pour la mise en œuvre de cellule de photo-électrolyse de l’eau (avec aussi un calcul de longueur d’onde de photon). Les travaux sont abordables en Première ou Terminale S, voire même pour certains en Seconde.

 

Un texte complémentaire [4-hydrogene-vert.pdf] est également disponible pour la discussion de l »optimisme vert » à la jules Vernes…

 

 

hydrovert

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene).

docs

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Affinage

Cuivre

affinage-du-cuivre-avec-blister

http://www.prix-cuivre.com/info/transformation/affinage/

L’affinage électrolytique

Cette technique utilise la réaction naturelle du cuivre transformé en cathode à partir d’une anode soluble. En utilisant la chimie nécessaire pour passer de l’anode à la cathode, seul le cuivre sera récolté et les autres éléments qui ne réagissent pas au cours de cette étape. Malgré une utilisation intelligente de ce procédé chimique, le cuivre obtenu ne sera pas pur immédiatement. Les cathodes vont alors être refondues afin de subir plusieurs transformations et obtenir un cuivre pur à 99,9% ou à un pourcentage supérieur. C’est à ce moment précis que le cuivre pourra être vendu aux différentes industries et constituer un grand nombre d’objets.

Les trois types de cuivres obtenus

L’affinage permet de dégager trois types de cuivre différents. Le cuivre Cu-a1 est intéressant à cause de sa conductibilité électrique exceptionnelle mais il ne supporte pas les traitements supérieurs à 400 degrés compte tenu de la présence d’hydrogène à l’intérieur. Le cuivre Cu-b1 possède pour sa part une faible conductibilité électrique mais est idéal pour être déformé et constituer des produits aux formes différentes. Il peut également être soudé très facilement et permettre de constituer des créations à base de cuivre dans différents domaines d’applications. Le cuivre Cu-c1 ne présente plus du tout
d’oxygène donc il est parfait pour des réalisations spécifiques qui demandent une qualité de cuivre importante. Les trois cuivres sont proposés aux industries qui choisissent celui qui correspond le plus aux projets de fabrication d’objets.

 

1024px-Chalcopyrite_angleterre

Didier DescouensChalcopyrite sur quartz – Ancienne collection de la Faculté de pharmacie de Paris
N°3998. 
District de St Agnes, Cornouailles, Angleterre.

La chalcopyrite est une espèce minérale composée de sulfure double (35 % massique), de cuivre (34,5 %) et de fer (30,5 %), de formule CuFeS2.

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Il s’agit ici de la préparation d’un protocole de vérification quantitative de la technique d’affinage électrolytique du cuivre.

 

Sur le même thème on pourra également consulter : Avogadro

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier affinage).

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Documents de travail : [affinage.pdf]

Documents d’aide : animation [electrolyse.swf] et [indications.pdf] ou [indications.pptx]

 

affinage

info1

info2

swf

 

Le document de travail donne les deux consignes de travail individuel.

Interprétation de l’électrolyse à anode soluble qui permet l’affinage du cuivre.

Elaboration d’un protocole de vérification quantitative.

Chacun de ces travaux individuels donnent lieu à une mise en commun en groupe puis une récolte des propositions avec animation tableau et discussion.

 

 

On trouvera également un exemple de protocole [exemple.pdf] et un corrigé [corrige.pdf].

Ce travail préparatoire est évidemment suivi de la mise en œuvre du protocole.

 

exemple

corrige

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier affinage).

docs

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Colle

Festhalle Aarau, 1924

Festhalle – Aarau – 1924

http://www.otto-hetzer.de/bauwerke.html

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_lamell%C3%A9-coll%C3%A9

L’idée d’assembler plusieurs morceaux de bois juxtaposés dans le sens du fil du bois revient à Philibert Delorme, architecte, qui en 1548 entreprit de concevoir des arcs en bois composés de plusieurs sections de bois solidarisées par un clavetage bois. Au XIXe siècle, le colonel Emy compose un empilement de planches cintrées et serrées par des colliers de métal, ce qui permet d’améliorer la portée des arcs. L’idée est à nouveau améliorée en 1890 par Otto Hetzer, un charpentier allemand qui y introduit de la colle à la caséine pour aboutir à la charpente lamellé-collé. Le brevet de ce nouveau matériau est déposé en Allemagne, en France et en Suisse de 1906 à 1907. Les premiers tests de résistance furent quant à eux réalisés dès 1910.

 

http://culturesciences.chimie.ens.fr/le-collage-un-moyen-ancestral-moderne-et-durable-dassemblage-article

En 1897, l’allemand Spitteler entreprend l’extraction de la caséine qui est la substance protidique constituant la majeure partie des albumines du lait et qui coagule sous l’action des acides. La caséine est également obtenue par caillage du lait sous l’action de ferments, le plus connu étant le labferment, qui est l’élément actif de la présure, obtenu par macération et raclage de la caillette du jeune veau. La colle de caséine fut adoptée immédiatement par l’aéronautique naissante pour le collage du bois (figure 18) et elles furent exclusivement utilisées par les allemands durant la guerre 1914-1918, pour le collage de toutes les pièces en bois des aéroplanes et des dirigeables.

 

dossiers-structure-macroscopique-article-Collage_Barquins-17

Figure 18. L’aéroplane « Moore Brabazon » construit en 1909

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Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier colle).

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Deux types de travaux sont proposés sur le thème classique de la colle à la caséine. 

 

Document général : [0 colle.pdf]

 

  1. L’élaboration et la mise en œuvre d’un protocole de production de la colle.

 

Documents  [1-protocole.pdf] et [1-exemple.pdf]

 

Après une première étape individuelle d’élaboration, les propositions sont mises en commun en groupe puis discutées sous forme d’animation tableau.

 

Le document [1-exemple.pdf] donne quelques précisions de mise en œuvre.

 

protocole

 

exemple

 

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2. Une exploitation de document pour interpréter (de façon très simplifiée évidemment) la précipitation des caséines par acidification du lait et inversement la réalisation de l’émulsion qui constitue la colle.

Document : [2-caseine.pdf]

 

Là aussi un travail d’abord individuel puis en groupe permettra la collecte et la discussion des propositions. En simplifié bien sûr, le caillage du lait et l’émulsion des caséines correspondent à deux processus inverses :

– destruction des micelles par acidification (protonation des charges négatives hydrophiles des caséines k) et précipitation du caillé ;

– reconstitution des micelles par action basique de l’hydroxyde de calcium (tamponnée par le carbonate) qui déprotone les caséines k.

 

caseine1

 

caseine3

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Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier colle).

docs

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