Migration des ions dans un champ électrique par Franck DUPIN Aide technique de laboratoire Lycée Galilée - 76520 Franqueville Saint Pierre Résumé : Sous l’effet d’un champ électrique E existant entre 2 électrodes plongées dans une solution ionique, il est possible d’observer le déplacement de cations et d’anions colorés contenus dans cette solution. L’utilisation de sels peu nocifs rend cette expérience moins polluante et plus sure pour les préparateurs. Méthodes : Deux méthodes permettent de mettre en évidence le phénomène. ! La première consiste à placer un mélange de dichromate de potassium et de sulfate de cuivre dans un tube en U et à l’électrolyser. ! La seconde consiste à déposer des cristaux de dichromate de potassium et de sulfate de cuivre sur une feuille de papier filtre imbibée d’électrolyte que l’on soumet à un champ électrique. Inconvénient : ! L’inconvénient majeur ne tient pas dans la mise en œuvre des différentes méthodes, mais dans l’utilisation du dichromate de potassium qui est un produit très toxique (T+) pour la santé et dangereux pour l’environnement. Remède : ! On remplace le dichromate de potassium par du permanganate de potassium qui est un produit nettement moins toxique (Xn). Procédé : ! La méthode proposée ici, consiste en un mélange de solutions de sulfate de cuivre et de permanganate de potassium gélifiées dans un tube en U, tout ce qu’il y a de standard (φ20mm, hauteur 200mm). Matériel et réactifs nécessaires : 45mL de solution de sulfate de cuivre saturée 35mL de solution de permanganate de potassium ~ 10-2 mol.L-1

2g d’Agar-agar en poudre 40mL de solution de sulfate de potassium saturée 1 agitateur magnétique chauffant 1 agitateur magnétique simple 1 thermomètre de préférence numérique Réalisation : ! Dans un bécher de 150mL, verser la solution de sulfate de cuivre et les 2g d’agar-agar. Le bécher est placé sur un agitateur magnétique chauffant. Régler la température sur 150°C et mettre l’agitation en marche (figure 1). Lorsque ce mélange se trouve à ébullition, ramener le thermostat de l’agitateur à 100°C et maintenir quelques minutes l’ébullition puis retirer-le de l’agitateur en prenant les précautions d’usage (c’est chaud !), utiliser une pince à bécher. ! A l’aide du thermomètre, vérifier la température du mélange. Dès que celle ci sera redescendue aux alentours, de 70°C replacer le bécher sur l’agitateur magnétique simple (figure 2) et mettre l’agitation en marche en surveillant la température.

! Quand le thermomètre indiquera ~ 45°C, incorporer la solution de permanganate de potassium tout en maintenant l’agitation puis verser le mélange dans le tube en U. Cette opération doit se faire rapidement étant donné que la gélose ainsi préparée va très vite se gélifier.! Une fois la solution prise en masse, ajouter de chaque coté du tube ~ 20mL de solution de sulfate de potassium saturée, plonger les électrodes et alimenter sous une tension de 24V= (figure 3). Il est alors souhaitable de mettre en route l’électrolyse parce que, le permanganate de potassium réagissant avec l’agar-agar, la couleur du mélange devient brune et sa consistance devient moins bonne ce qui justifie les 2g d’agar–agar dans la préparation. ! Au bout d’une vingtaine de minutes, il apparaît nettement un anneau de couleur violette du aux anions MnO 4

− à l’anode et un anneau de couleur bleue du aux cations Cu 2+ à la cathode. Remarques : ! L’utilisation d’un thermomètre numérique est préférable à celle d’un thermomètre à mercure dans la mesure ou il est nécessaire de surveiller la température en présence d’une agitation mécanique ce qui implique un risque de casse du réservoir du thermomètre à mercure. ! Les électrodes de platine ne sont pas indispensables mais permettent de ne pas avoir un apport de particules noires comme c’est le cas avec des électrodes de carbone. ! Pour les raisons indiquées plus haut, le mélange se conserve moins bien que le mélange dichromate de potassium /sulfate de cuivre qui lui se garde plusieurs jours au réfrigérateur.

TENSION

Ar r ê tθθθθ°

876

5 4 321

300250

2001 50

1 00

500

Figure 1 Figure 2

Figure 3

+ _

A

M

24 V

! Le changement de couleur de la gélose cité plus haut est du à la réduction des ions MnO 4−

! Enfin, il est bon de rappeler qu’aucun produit chimique n’est totalement inoffensif il faut les manipuler avec des gants et se protéger les yeux avec des lunettes de laboratoire.