Décomposition. Travail Pratique de 1ère année, Université de Genève, Science II, Laboratoire H. 12 novembre 2010

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1 Décomposition Travail Pratique de 1ère année, Université de Genève, Science II, Laboratoire H. 12 novembre 2010 Romain Laverrière & Stéphane Dierickx Groupe 15 Résumé Dans ce TP nous avons utilisé la thermogravimétrie ainsi que des réactions de complexassions afin de retrouvé la formule exacte d oxalate de cobalt préalablement synthétisé. Nous avons aussi observé les propriétés observables macroscopiquement du changement du corps noir d un élément exposé à la chaleur. Nous connaissons grâce à la loi de Planck la longueur d onde émise par le corps noir en fonction de la température. Nous sommes donc capables d estimer la température d une flamme en fonction de sa couleur. En ce qui concerne la thermogravimétrie, elle consiste à l exposition de la molécule à différentes températures, nous sommes ainsi capable de mesurer les changements de masse et de calculer les fractions massique que nous pouvons ensuite comparer à un tableau de valeurs théorique préalablement créé. La réaction de complexassions effectuée par le titrage nous donne une information supplémentaire, dans notre cas elle nous donne la fraction massique d acide oxalique dans le composé. - 1-

2 Méthodologie & résultats : 2.1 Décomposition thermique : Commencer par laver 6 creusets et 2 béchers, les sécher et les mettre au moins 30 [min] à l étuve à 120 [ C]. Les refroidir ensuite au dessiccateur. Décomposition de l oxalate de calcium monohydraté (CaC 2 O 4 H 2 O) : Sécher 1 [g] d oxalate de calcium monohydraté à 60 [ C] pendant 45 [min]. En prélever 0.15 [g] sec dans deux creusets et un bécher. Mettre le bécher à 120 [ C], un creuset à 500 [ C] et l autre à 900[ C] pendant 2 heures. Les laisser refroidir dans le dessiccateur et les peser. Les résultats se trouvent plus bas dans le tableau 1. Décomposition de l oxalate de cobalt : Même méthode que la précédente sauf que l on se sert d un sel déjà sécher durant l expérience 5. Les résultats se trouvent ci-après dans le tableau 1. Détermination de la matière organique : Prélever 1 [g] d un échantillon mis à disposition (sol I, sol II, papier I ou papier II) et y sécher à 60 [ C] pendant 30 [min]. Laisser refroidir dans un dessiccateur. Mettre 0.15 [g] sec dans deux creuset secs et les chauffer à 900 [ C] pendant 1 heure. Laisser refroidir dans le dessiccateur et peser. Les résultats sont recensés ci-après dans le tableau 1. T [ C] m réc. [g] m sel [g] m tot sec [g] m sel sec [g] Δ m sel [g] y y théo Erreur % Oxalate de Ca Oxalate de Co Sol II Tableau 1 : Décomposition thermique Moy : e.t. : CV : Pour l oxalate de calcium, nous avons des erreurs relativement petites pour les mesures à 120 et 500 [ C]. Cependant nous avons une erreur relativement plus grande pour l étuve à 900 [ C] ce qui peut s expliquer par une rapide réhydratation du composé. Pour le sol nous constatons qu il y a environ 25 % de matière organique. En ce qui concerne l oxalate de cobalt, les résultats seront expliqués plus loin. - 2-

3 2.2 Structure d une flamme: La flamme du bec Bunsen : Allumer le bec Bunsen sous chapelle et observer le changement de flamme selon l ouverture de l aération. Décrire les caractéristiques de chaque type de flamme observable. Maintenir un creuset au-dessus de la flamme ainsi qu un fil de tungstène. Les résultats sont reportés ci-après : Couleur Creuset Tungstène T [ C] Réaction Type I Jaune-orange Suie - < 500 2CH 4 + 3O 2 2CO + 4H 2 O Type II Bleu Suie Rougit ± 800 2CH 4 + 2O 2 3H 2 + CO + H 2 O + CO 2 Type III Int. bleu clair et Suie Rougejaune 1200 ~ ext. bleu foncé disparaît CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O Tableau 2 : La flamme du bec Bunsen La réaction de combustion générale qui s opère est : CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) La flamme d une bougie : Allumer une bougie et faire les expériences suivantes selon les schémas (a-e): (a) Prendre un bécher de 250 [ml] et positionner son fond au-dessus de la flamme pendant quelques secondes. (b) Prendre un bécher et le positionner à l envers avec l ouverture juste au-dessus de la flamme. (c) Préparer 100 [ml] d une solution saturée d oxyde de calcium, filtrer la solution et mesurer le ph. Prendre un Erlenmeyer et le positionner à l envers au-dessus de la bougie comme précédemment. Ajouter ensuite 10 [ml] de la solution. (d) Prendre un fil de cuivre en spirale et emprisonner la flamme à l intérieur de la spirale. (e) Souffler la bougie et approcher une allumette sans toucher la mèche. Expérience Observation Réaction A Dépôt de suie 2C 20 H 42 (s) + 21O 2 (g) 40C(s) + 42H 2 O(l) B Condensation 2C 20 H 42 (s) + 61O 2 (g) 40CO 2 (g) + 42H 2 O(l) C Précipité blanc 1) CaO(aq) + H 2 O(l) Ca(OH) 2 (aq) 2) Ca(OH) 2 (aq) + CO 2 (g) CaCO 3 (s) + H 2 O(l) D Suie sur le haut et pas en 2C 20 H 42 (s) + 21O 2 (g) 40C(s) + 42H 2 O(l) bas E La bougie se rallume 2C 20 H 42 (g) + 61O 2 (g) 40CO 2 (g) + 42H 2 O(l) Tableau 3 : La flamme d une bougie - 3-

4 2.3 Formule d un oxalate de cobalt : Teneur en oxalate par titrage redox : Préparer 250 [ml] d une solution de KMnO M (selon le tableau 4 suivant) et la faire bouillir à T > 80 [ C] pendant 20 [min]. Laisser refroidir et filtrer à travers de la laine de verre. [g/mol] [mol/l] [l] [g] Tableau 4 : Préparation de KMnO 4 Préparer 1 [l] de H 2 SO M par dilution de la solution 4 M mise à disposition (donc dilution 8x). Sécher ensuite 0.4 [g] d oxalate de sodium Na 2 C 2 O 4 (MM = [g/mol]) à 120 [ C] pendant 60 [min] et laisser refroidir dans le dessiccateur. Prélever 0.12 [g] du sel sec et le transférer dans un Erlenmeyer contenant 100 [ml] de H 2 SO M. Chauffer cette solution à une température constante de 55 [ C]. Titrer cette solution avec la solution de permanganate de potassium jusqu à ce que la couleur rose persiste. Répéter le titrage trois fois. Les résultats sont recensés dans le tableau 5 suivant : titrage v KMnO 4 [ml] m Na 2 C 2 O 4 [g] c KMnO 4 [mol/l] moyenne: Ecart type: E-05 CV: Tableau 5 : Titrage KMnO 4 Peser maintenant 0.2 [g] d oxalate de cobalt, transférer dans un Erlenmeyer, ajouter 100 [ml] de H 2 SO M et chauffer en agitant à 60 [ C]. Titrer cette solution par KMnO 4 jusqu au changement de couleur du rose au violet. Répéter la procédure trois fois. Les résultats sont reportés dans le tableau 6 suivant : titrage v KMnO4 [ml] m oxalate de cobalte [g] y H2C2O moyenne: Ecart type: CV: Tableau 6 : Titrage de l acide oxalique - 4-

5 Teneur du cobalt par titrage EDTA : Peser 0.24 [g] de chlorure de cobalt (CoCl 2 6H 2 O) et transférer dans un ballon jaugé de 100 [ml]. Ajouter à cela 10 [ml] de HCl 4 M et 20 [ml] d eau. Compléter au trait après dissolution du sel. Pipeter 10 [ml] de cette solution dans un bécher de 250 [ml], y ajouter 100 [ml] d eau et [mg] de l indicateur murexide ainsi qu un barreau magnétique. Le murexide est un complexant qui agit comme indicateur. Ajouter 2-4 [ml] de NH 3 4 M jusqu à une coloration jaune-orange. Le ph doit être entre Titrer cette solution avec une solution d EDTA M préparée auparavant jusqu au virage de jaune à violet. Répéter la procédure 1 fois. Les résultats sont reportés dans les tableaux 7 et 8 qui suivent : [g/mol] [g] [l] [mol/l] Tableau 7 : Préparation de CoCl 2 Titrage v EDTA [ml] c Co [mol/l] moyenne: théorie: erreur %: Tableau 8 : Titrage CoCl 2 Peser 200 [mg] d oxalate de cobalt, transférer dans un Erlenmeyer de 200 [ml], ajouter 20 [ml] d eau et 20 [ml] d ammoniac 4 M. Agiter pendant 5 [min] et la solution devient bleu (voir brune dans notre cas ). Ajouter ensuite 40 [ml] de HCl 4 M jusqu à ce que la solution devienne jaune et transparente. Transvaser dans un ballon jaugé de 100 [ml] et compléter au trait avec de l eau. Titrer 10 [ml] de cette solution avec l EDTA comme précédemment en utilisant le murexide comme indicateur etc Répeter le titrage deux fois. Nos résultats sont reportés dans le tableau 9 suivant : titrage v EDTA c CO y Co moyenne: Ecart type: E CV: Tableau 9 : Titrage d oxalate de cobalt par EDTA Détermination de la formule de l oxalate de cobalt : La décomposition se procède comme suit : à 120 [ C] il y a déshydratation. Puis à 500 [ C] le composé devient CoCO 3. Enfin, à 900 [ C] il devient CoO, comme décrit dans la partie théorique du protocole pour l oxalate de calcium. - 5-

6 déshydratati on CoCO 3 CoO Co 3 O 4 Co 2 O 3 H 2 C 2 O 4 molécule n masse masse molaire H 2 O molaire tot Co(C 2 O 4 H) Co(C 2 O 4 H) Co(C 2 O 4 H) Co(C 2 O 4 H) CoC 2 O CoC 2 O CoC 2 O CoC 2 O En effectuant le rapport entre la fraction massique d acide oxalique et de cobalt nous obtenons environ 2 (1.77) et en comparant nos valeurs nous avons déterminé que le composé était monohydraté. Nous nous sommes principalement basés sur ces deux résultats qui nous ont l air plus fiable, cependant cela implique une erreur parfois très élevée dans les fractions massiques qui doivent être dues à des réhydratations rapides une fois les composés sortis du dessiccateur. Nous avons donc émit l hypothèse qu il s agissait de Co(C 2 O 4 H) 2 H 2 O. Conclusion : Nous avons désormais compris le principe de la thermogravimétrie, cependant nous ne sommes pas très satisfaits des résultats obtenus qui ont une erreur relativement élevée et l expérience est relativement longue étant donné le temps de mise à l étuve. Il marche cependant bien pour déterminer la proportion de matière organique d un sol. - 6-