comburante corrosive explosive inflammable irritante ou nocive toxique

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1 TP 1 : périodicité des propriétés chimiques : Objectifs : Présentation du laboratoire et importance de l application des règles de sécurité. Evolution des propriétés chimique dans une même période. Analogie et évolution des propriétés chimiques au sein d une même colonne (notion de famille chimique) Faire le lien avec l évolution de l électronégativité des atomes au sein de la classification périodique. Le présent TP se décompose en deux parties : L étude de l évolution des propriétés chimiques au sein d une période (on prendra des éléments de la troisième période) L étude d une famille chimique, avec la reconnaissance d une similitude de la réactivité chimique, réactivité chimique qui est cependant modulée en fonction de la place dans la classification périodique (on prendra les éléments de la famille des halogènes). Règles de sécurité (résumé peu exhaustif) : Allure extérieure : Blouse en coton, chaussures fermées, cheveux attachés. Comportement : ne jamais courir dans une salle de TP ; ne pas faire de gestes inconsidérés ; avoir une paillasse rangée (en particulier utiliser un morceau de brouillon placé sous chaque bécher, avec le nom de la solution contenue dans le bécher) ; laisser son sac au fond de la salle ; ne pas manger ni boire dans la salle de TP. Utiliser systématiquement un minimum de produits chimiques : tout d abord ils coûtent chers, ensuite tout gaspillage est synonyme de pollution, avec des conséquences plus ou moins graves. (si une expérience nécessite de pipeter 5,0 ml de bromobenzène, placer dans un bécher où la graduation 10 ml est présente, un peu moins que le niveau de la graduation en bromobenzène ; puis pipetter avec une pipette jaugée de 5,0 ml) (on rappelle qu on ne doit pas souiller non plus les solutions commerciales, ni les préparations destinées à la classe entière) Connaître les pictogrammes : substance : comburante corrosive explosive inflammable irritante ou nocive toxique tenir loin des combustibles éviter le contact avec la peau ou les yeux éviter les chocs, tenir loin des flammes tenir loin des flammes fermer le flacon éviter le contact avec la peau, les yeux ne pas ingérer, inhaler éviter le contact avec la peau, les yeux ne pas ingérer, inhaler En présence de flamme : toute substance inflammable est interdite (éther, ), les gants sont interdits, les cheveux doivent être noués, utiliser une pince en bois, diriger l ouverture du tube chauffé vers un endroit sans risque. En présence de tout chauffage : utiliser une verrerie adaptée (pyrex), et éviter les chocs thermiques (ne pas poser un tube à essai chaud sur la paillasse froide). Savoir lire les phrases de risques (R) et sécurité (S) associées à un produit (voir les catalogues de produits). Se rappeler que les solvants organiques, les solvants chlorés ainsi que les métaux lourds (chrome, mercure, nickel, ) doivent être jetés dans leurs poubelles respectives. Ne pas jeter de solide à l évier. Utiliser la hotte ventilée (allumer la ventilation si nécessaire) dès que les réactifs où les produits formés la requièrent.en pratique au lycée : penser à rincer une fois à l eau distillée toute verrerie avant de l utiliser (poussières ). Rincer à l eau distillée ne signifie pas remplir d eau distillée De manière générale : plutôt poser une question simple (et aller éventuellement se renseigner dans un catalogue de produits) plutôt que de prendre une initiative hasardeuse qui pourrait s avérer très dangereuse. Toute attitude nonchalante (tant physique qu intellectuelle) dans un laboratoire est à proscrire 1

2 Evolution des propriétés au sein d une période : illustration avec quelques éléments de la troisième période : Nous regarderons pour plusieurs corps simples de la troisième période : - leur combustion dans le dioxygène - le type d oxydes formés (et nature de la liaison chimique dans l oxyde formé : la liaison chimique est-elle plutôt covalente (mise en commun des électrons) ou ionique (l oxygène a-t-il fortement attiré à lui les électrons => O 2- + cation?) - les propriétés acidobasiques des oxydes formés. Donner les élements de la troisième période par ordre de Z croissant. Combustion du sodium dans le dioxygène : Expérience : Interprétation : équation modélisant la transformation : (aidez vous de ½ equations rédox) Acidobasicité de l oxyde obtenu : Une solution aqueuse de phénolphtaléïne introduite après combustion dans le flacon vire au rose : l oxyde de sodium est un oxyde Combustion du magnésium dans le dioxygène : (enregistrement vidéo) Expérience : Interprétation : équation modélisant la transformation : Acidobasicité de l oxyde obtenu : dans les tables, on lit «l oxyde MgO est soluble dans les solutions acides» : cet oxyde est donc. Combustion de l aluminium dans l air? Expérience 1 : aluminium en poudre sur le bec bunsen : observation : équation modélisant la transformation : Expérience 2 : une tige d aluminium est chauffée à l air au bec bunsen : Interprétation : Acidobasicité de l oxyde obtenu : dans les tables, on lit «l oxyde Al 2 O 3 n est pas soluble en solution aqueuse neutre ; il est cependant un peu soluble dans les solutions soit acides, soit alcalines (basiques)» : cet oxyde est donc. Combustion du silicium dans l air? Pas de combustion observée. La formule de l oxyde de silicium (silice, présent dans les sables et les minéraux (quartz notamment)) recouvrant et protégeant le silicium est SiO 2. (remarque : le silicium est le deuxième élément le plus abondant (25,7%) dans la croûte terrestre après l oxygène) 2

3 Combustion du phosphore dans le dioxygène : (enregistrement vidéo) La combustion du phosphore blanc est très lumineuse dans l air, et le devient davantage dans la cuve remplie de dioxygène. L oxyde formé, de formule P 4 O 10, est très irritant. Une solution aqueuse de bleu de bromothymol (BBT) introduite après combustion dans le flacon vire au jaune : l oxyde P 4 O 10 est un oxyde Combustion du soufre dans le dioxygène : (manipulation à effectuer sous hotte) Expérience : Interprétation : équation modélisant la transformation : Acidobasicité de l oxyde obtenu : Bilan : élément Sodium Na Magnésium Mg Aluminium Al Silicium Si Phosphore P Soufre S Combustion : couleur de flamme : formule de l oxyde état physique de l oxyde à T, P usuelles type de liaison dans l oxyde propriétés acidobasiques de l oxyde Remarque : on rappelle que la combustion du carbone (élément de la 14 e colonne, comme le silicium) conduit à un oxyde covalent (CO 2, testé à l eau de chaux) qui est acide (dissolution dans l eau selon CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 qui est un diacide faible (H 2 CO 3 + H 2 O = HCO H 3 O + et HCO H 2 O = CO H 3 O + )) Etude d une famille chimique : illustration avec la famille des alcalins : Aspects extérieurs : il s agit de métaux, mous, conservés dans une huile, et recouvert d une couche d oxyde que l on enlève avant toute expérience sur le métal (attention, la peau ne doit jamais rentrer en contact avec ces métaux). Action des alcalins sur l eau : Action du sodium sur l eau (expérience effectuée par le professeur) : Expérience : plaque protectrice cristallisoir Observations : morceau de sodium eau + quelques gouttes de phénolphtalèïne Interprétation : Action du lithium, du potassium, du rubidium et du césium sur l eau (enregistrement vidéo) : 3

4 Etude d une famille chimique : illustration avec la famille des halogènes. Nous regarderons : - quelques réactions similaires permettant de parler de famille chimique (action sur Ag +, Pb 2+, sur l aluminium) - quelques réactions entre halogènes pour comparer leurs réactivités. Présentation des corps simples des éléments de cette famille, à T et P ambiante : Formule du corps pur : Etat physique : Notion de famille chimique : Action des ions halogènures en solution aqueuse sur une solution de nitrate d argent : (le nitrate d argent coûte très cher, ne le gaspillez pas!) halogénure Cl - Br - I - solution de nitrate d argent Ag +, NO 3 - solution aqueuse d halogènure de potassium K +, X - observation équation modélisant la transformation action d une solution d ammoniaque Rappels d oxydoréduction : Une oxydation correspond à une perte d électron, une réduction un gain : Ox + n e - = red - dans le sens de production de red : il s agit d une réduction (gain d électrons) - dans le sens de production de ox : il s agit d une oxydation (perte d électrons) Un oxydant est une espèce qui a tendance à capter les électrons. Un réducteur est une espèce qui a tendance à perdre les électrons. Actions de dihalogènes sur l aluminium : Dihalogène dans leur état de corps pur (enregistrements vidéo) : Action du dichlore sur l aluminium : Expérience : Action du diiode sur l aluminium : 4

5 Expérience : (sous hotte!) eau pour amorcer 7 g de diiode écrasé en poudre + 0,75 g d aluminium en creuset poudre, réfractaire bien mélangés (Al en excès) Dihalogènes dissous dans l eau (eau de chlore, eau de brome, eau iodée) : Action de l eau de chlore sur une solution de fer II : Préliminaire : un test très sensible des ions fer III (Fe 3+ ion ferrique) consiste à former un complexe rouge avec les ions thiocyanates SCN - selon Fe 3+ + SCN - [Fe(SCN)] 2+ (ion thiocyanatofer III) Nous allons vérifier l absence ou la faible présence d ions fer III dans la solution initiale de fer II : solution de thiocyanate de potassium K +, SCN - solution aqueuse de sel de Mohr (Fe 2+ stabilisé par des ions sulfates et ammonium) Action de l eau de chlore : Eau de chlore solution de thiocyanate de potassium K +, SCN - solution aqueuse de sel de Mohr (solution de Fe 2+, ion ferreux) solution obtenue précédemment Equation modélisant la transformation (action de l eau de chlore sur les ions ferreux Fe 2+ ) : Les dihalogènes sont donc des oxydants. Pour comparer leurs propriétés oxydantes, nous allons faire réagir les eaux de chlore, brome et iode sur des solutions d halogénures de potassium : Eau de chlore sur une solution de bromure de potassium : Eau de chlore solution aqueuse de bromure de potassium K +, Br - (remarque : un test du dibrome consiste à le faire réagir avec de la fluoresceïne, pour obtenir de l éosine (rose-rouge)) 5

6 Eau de chlore sur une solution d iodure de potassium : Eau de chlore solution aqueuse d iodure de potassium K +, I - (remarque : on teste la présence de diiode par l utilisation d empois d amidon, ou en rajoutant un peu de cyclohexane : la solution de diiode dans le cyclohexane est violette) Eau de brome sur une solution de chlorure de potassium : Eau de brome solution aqueuse de chlorure de potassium K +, Cl - Eau de brome sur une solution d iodure de potassium : Eau de brome solution aqueuse d iodure de potassium K +, I - Eau iodée sur une solution de chlorure de potassium : Eau iodée solution aqueuse de chlorure de potassium K +, Cl - Eau iodée sur une solution de bromure de potassium : Eau iodée solution aqueuse de bromure de potassium K +, Br - 6

7 Résumé des résultats : Cl - Br - I - eau de chlore eau de brome eau iodée Exercice : prévoir les observations successives lors de l expérience suivante : circulation de gaz dichlore Cl 2 Cristaux de bromure de potassium KBr solide Cristaux d iodure de potassium KI solide vers un barbotage dans une solution de soude Conclusion sur les halogènes : Formule et état physique du corps élément simple à T et p ambiantes Fluor F Chlore Cl Brome Br Iode I Action des halogénures X - sur : Ag + Pb 2+ Comparaison des pouvoirs oxydants des corps simples X 2 Les dihalogènes (17e colonne) sont donc des oxydants. 7

8 Gaz nobles Conclusions générales sur les évolutions de quelques propriétés chimiques au sein du tableau périodique : (gaz nobles exclus) Type de liaison dans les oxydes et propriétés acidobasiques des oxydes : Liaison dans l oxyde plutôt H oxydes plutôt Li C N O F oxydes plutôt Na Cl K Rb Cs Liaison dans l oxyde plutôt oxydes plutôt Propriétés oxydoréductrices : H Li C N O F Na Cl K Rb Cs Rappel de l évolution de l électronégativité des atomes au sein du tableau périodique (résultat schématique) : L électronégativité caractérise l aptitude d un atome à garder ses électrons et à attirer les électrons d un atome voisin. EI AE L électronégativité de Mulliken est définie par M = k M, EI et AE étant respectivement l énergie de première 2 ionisation et l affinité électronique de l atome considéré. L électronégativité croît schématiquement dans le tableau périodique du bas à gauche (césium Cs) au haut à droite (fluor F). (l électronégativité d un gaz noble n est pas définie) O F Cl Cs 8