PH :TP1 LA GOUTTE D'HUILE - EXPERIENCE DE FRANKLIN

I/Objectif du TP :

Trouver expérimentalement l'ordre de grandeur de la taille d'une molécule.

II/PRINCIPE

L'huile est formée de molécules se composant de deux parties bien distinctes : une partie hydrophile, et une partie hydrophobe . Placée dans l'eau, les molécules vont se placer de telle sorte que la partie hydrophile soit au contact de l'eau et la partie hydrophobe au contact de l'air. Ceci explique qu'une petite quantité d'huile puisse couvrir une grande surface d'eau et le film ainsi créé a l'épaisseur d'une seule molécule.

 

Dans notre TP nous allons déterminer expérimentalement l'épaisseur d'un film d'huile à la surface de l'eau. Nous pourrons en déduire l'ordre de grandeur de la taille d'une molécule .

 

III/Calculs

a)Volume d'une goutte de mélange :

Pour assurer un bon étalement de l'huile, il faut en disposer d'une toute petite quantité. On dilue alors l cm3 d'huile dans l L d'essence de térébenthine et c'est seulement une goutte de ce mélange qui sera disposée à la surface de l'eau.

La détermination du volume d'une goutte du mélange se fait en comptant le nombre de gouttes que renferme l cm3 ( ou l mL ) de mélange. On utilisera une pipette jaugée et une propipette pour prélever ce mL.

Résultats : nombre de gouttes dans l mL (1 cm3) de mélange :.....…….

: volume d'une goutte de mélange Vgoutte = ………….. cm3

b)Volume d'huile dans une goutte de mélange :

1 litre de mélange (1000 cm3) contient 1 cm3 d'huile : 1 cm3 de mélange contient donc 10-3 cm3 d'huile .

Volume d'huile contenu dans une goutte de mélange : Vhuile = Vgoutte x 10-3 cm3 =……………..cm3

 

IV- MANIPULATION

Remplir complètement la cuvette avec de l'eau (sans le faire déborder) préalablement lavée avec du détergent pour faire disparaître toute trace de graisse .

Attendre que la surface de l'eau se stabilise et saupoudrer son centre avec le talc en une très fine couche ,de façon à couvrir une surface circulaire d'environ 8 à 10 cm de diamètre

Si la couche n'est pas uniforme on ne verra pas l'huile se déposer à la surface, si elle est trop épaisse l'huile ne pourra pas s'étendre et nous n'aurons pas un film d'épaisseur monomoléculaire.

Cette préparation étant faite on dépose au centre de la cuvette, en tenant la pipette à l cm de la surface de l'eau, une goutte du mélange précédent . Une tache sensiblement circulaire se forme à la surface . On mesure immédiatement son diamètre .

Si la tache est trop étoilée ou petite au centre de la cuvette, il faut recommencer la manipulation en prenant bien soin de laver la cuvette avant de la remplir à nouveau.

V- RESULTAT - CONCLUSION

Le diamètre de la tache est environ D = ...………cm

ce qui donne un rayon R =.... …..cm =....………… m

Le volume d'un disque de rayon R et d'épaisseur e est donné par la relation :

Dans le cas présent V=Vhuile

En déduire e en m puis en nm : e =………….m = …………….nm

La couche étant monomoléculaire , la valeur de e est de l'ordre de grandeur de la taille d'une molécule .

VI/Applications :

a)On verse à la surface d'un étang un volume V=2 cm3 d'huile . Elle s'étale sur une surface S= 2000 m2 .

Sachant que la couche formée a une épaisseur égale à la taille e d'une molécule d'huile , déterminer l'ordre de grandeur de e .

b)Donner le nombre de chiffres significatifs des résultats suivants : 3,25 . 104 ; 0,00043 ; 2 . 105 ; 5,01 . 108 ; 6,1 .10-5 ; 1 .10-10 .

c)Donner en mètre l'ordre de grandeur des longueurs suivantes : 26 µm ; 0,98 dam ; 25 cm ; 0,79 nm .

CORRECTION TP1 (expérience de Franklin):

Nombre de gouttes dans 1 mL de mélange : 45

Volume d'une goutte de mélange : Vgoutte = 1/45 =0,022 mL = 0,022 cm3 .

Vhuile = 2,5 . 10-5 cm3 .

Diamètre de la tache : 12 cm et donc R=6 cm

Nous retiendrons : la taille d'une molécule est de l'ordre du nanomètre .

Applications :

a)V=S*e , car (volume du cylindre : surface de base *hauteur)

e=V/S = 2 .10-6 m3/2000 m2 = 10-9 m = 1 nm ( 1 cm = 10-2 m et donc 1 cm3 = 10-6 m3 )

b)3,25.10-4 : 3 chiffres significatifs

0,00043 : 2 chiffres significatifs

2.105 : 1 chifre significatif

5,01.108: 3 chiffres significatifs

6,1.10-5 : 2 chiffres significatifs .

1.10-10: 1 chiffre significatif .

c)26 µm =26.10-6 m = 2,6 .10-5 m donc , ordre de grandeur : 10-5 m

0,98 dam =0,98 . 101 m . L'ordre de grandeur est donc la dizaine de mètres

25 cm = 25.10-2 m =2,5 10-1 .L'ordre de grandeur est donc le 1/10 ème de mètre

0,79 nm =0,79.10-9 m . L'ordre de grandeur est donc de 10-9 m