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Travaux pratiques

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1. D termination de la densit des corps solides par la mesure du volume et du poids 6 Densit des corps solides m thode de la pouss e d Archim de 7 Variation de la densit de l eau en fonction de la temp rature 9 Densit de l air 11 Densit des gaz 12 Pouss e d Archim de dans les gaz 13 Densit des liquides 15 Action et r action 16 Force d flectrice 17 R sistance de l air 20 Forces agissant sur une aile portante 22 Intensit du champ magn tique d une bobine en fonction de l intensit du courant 25 Fer doux dans un champ magn tique 26 Combien d hydrog nocarbonate de sodium contient un comprim effervescent 28 Teneur en graisse du soja et de noix 29 D termination du carbonate de calcium dans des chantillons de roches et de sols 30 D termination de l eau de cristallisation de sels 31 Thermolyse de sels 33 Synth se de sulfure de cuivre 35 D termination de la masse molaire d un gaz liqu fi 37 Vitesse d vaporation 39 Catalyse homog ne la d composition de H202 41 Transpiration chez les plantes 45 Absorption de vapeur d eau por les lichens 47 Absorption et lib ration d eau par les mousses 48 Teneur en eau et en cendres de divers organes v g taux 49 La fermentation alcoolique 51 Consignes g n rales de s curit Des exp riences claires effectu es en classe et l exp rimentation autonome en travaux pratiques voil de quoi donner vie aux consid rations th oriques sur
2. Ce n est pas avant la Convention du M tre en 1875 sign e maintenant par plus de 50 pays qu une normalisation du syst me des poids et masse devint possible a E ZN C Notre unit de base famili re d un kilogramme est l quivalent de la masse du kilogramme talon inter national Ce kilogramme talon est entrepos dans le Bureau International des Poids et Mesures S vres pr s de Paris dans des conditions environnementales tr s strictes C est un cylindre de 39 mm de hauteur et de 39 mm de diam tre constitu d un alliage contenant 90 de platine et de 10 d iridium garantissant une masse constante Des r f rences nationales sont r guli rement compar es cet talon tous les 25 ans fr quence faible choisie pour limiter les manipulations pouvant occasionner une variation de sa masse L histoire de la balance remonte loin dans le pass Les restes des plus vieilles balances connues furent d couverts dans une tombe pr historique en Egypte ils furent dat s aux alentours de 5000 ans avant notre re On conna t des pierres de poids identique depuis plus longtemps encore On peut donc supposer que l homme p se depuis plus de 7000 ans Le type de balance le plus familier que nous connaissions est une balance encore appel e tr buchet dont les deux bras du fl au sont gaux La masse d un chantillon est compa r e celles de masses standard On peut citer encore d autres types de
3. poser mais pour une longueur double la vitesse d coulement diminue environ de moiti et la force maximale tombe environ un quart Pour cette exp rience il est essentiel que le plateau de la balance compensation METTLER TOLEDO reste exactement la m me hauteur au dessus de la table m me lorsque la charge varie Le tuyau souple n a ainsi pas besoin de se d former et les mesures ne sont pas faus s es par des forces de d formation L eau est d vi e par le tuyau et exerce donc une force oppos e vers le haut sur le tuyau La balance mesure la composante verticale F de cette force Elle d pend de la vitesse moyenne V de l eau qui peut tre calcul e partir du volume AV d bit au cours du temps A et de la section int rieure AV At A V a Faire couler tr s l g rement l eau juste assez pour que des bulles d air ne remontent pas partir de l extr mit du tuyau et tarer la balance b Ouvrir quelque peu le robinet et mesurer la force F c Tenir le seau vide sous le jet d eau au cours d un intervalle de temps A f correctement choisi Surveiller en m me temps l indication de la balance car la pression peut varier bri vement dans la conduite d alimentation d Le volume d eau dans le seau est d termin soit l aide d une prouvette gradu e soit de mani re plus rapide et plus pr cise l aide d une seconde balance e R p ter les tapes b d avec d autres inte
4. 2 est trac e Les points de mesure sont pratiquement confondus avec la droite ce qui confirme la relation du second degr entre Am Afet M Les valeurs du tableau ci dessus ne sont pas videmment invent es mais bien r elles Elles ont t effectivement mesur es avec un tuyau souple de 8 0 mm de diam tre int rieur Comment s harmonisent elles avec l quation 3 La cinqui me mesure donne par exemple ins r s dans l quation 3 M calcul e 20 2 g au lieu de IT mesur e 20 0 g 0 2g La concordance est tonnamment bonne Et pourtant les particules d eau ne se d placent pas L exp rience peut tre r alis e en 20 minutes Elle permet de r viser les notions d action et de r action de modification de la quantit de mouvement gale l impulsion de repr sentation bi logarithmique R sistance de l air But p dagogique Dans un fluide en mouvement un corps est soumis une force de r sistance F qui d pend de la taille A et de la forme cw du corps ainsi que de la densit p et de la vitesse relative v du fluide Exercice Etudier la force de r sistance de diff rents corps dans un courant d air produit par une soufflerie Mat riel Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Soufflerie Si possible tube de Pitot avec manom tre pour la mesure de la vitesse de l air Diff rents corps avec tiges supporis de section apparente identique autant que possib
5. c est dire que la mesure a eu lieu en atmosph re de vapeur d eau a t n glig lors de l exploitation On doit aussi consid rer que la pr cision de l prouvette gradu e ainsi que de la seringue n est pas exacte On peut cependant augmenter la pr cision de la d termination de la masse molaire en utilisant un ballon en verre comparable celui utilis pour l exp rience de la densit de l air Le volume du ballon peut tre d termin en pesant la quantit d eau qu il peut contenir L exploitation des r sultats obtenus avec la pipette piston a t effectu e de mani re ana logue Cette mesure tait galement assez pr cise puisque des valeurs de 60 5 et 60 9 g mol ont t trouv es Il n est pas tenu compte de la pression exerc e par le piston de verre sur le goz Vitesse d vaporation Th orie L vaporation des liquides et des solides volatils est un ph nom ne qui est mettre en rela tion avec l agitation thermique et donc avec l nergie cin tique des mol cules La vitesse d vaporation d pend de plusieurs facteurs en premi re ligne de la temp rature ambiante de la pression et des forces intermol culaires entre les diff rentes mol cules La masse molaire et la forme des mol cules qui influence son tour les forces intermol culaires jouent gale ment un r le L vaporation et sa vitesse peuvent tre ais ment observ es et mesur es l aide d une balance Mat riel Balan
6. param tre de r sistance facteur de forme A section apparente et pour la F Cr Psiu Caire de la projection du corps sur un plan force de r sistance perpendiculaire la direction du courant II faut donc trouver pour c une relation proportionnelle entre v2 et les forces de r sistance F mesure Ftige F corps pour d un quotient constant F corps A pour e cwD gt cwl gt w gt C Cette exp rience convient bien la d monstration pendant un cours car on peut travailler rapidement 21 But p dagogique Exercice Mat riel Forces agissant sur une aile portante Un corps balay asym triquement est soumis une composante de force perpendiculaire la direction du courant en plus d une force de r sistance FR dirig e dans le sens du courant Pour une aile portante cette force normale est la portance Fp Etudier l aide d une plaque plane et d une aile portante la force de r sistance Fr ind sirable et la force de portance Fp ainsi que leur quotient FP Fr en fonction de l angle d incidence Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Soufflerie Si possible tube de Pitot avec manom tre pour la mesure de la vitesse de l air Mod le d aile portante t les de guidage parall les tr s fines et support orientable Planchetie en bois mati re plastique ou m tal avec t les de guidage et support orientable Pied support antid rapant al sage vertica
7. Mesures avec la pipette piston 1 Fixer une pipette piston 100 ml ou 200 ml sur le statif de mani re ce que le gaz puisse tre ais ment amen de l ampoule dans la pointe de la pipette 2 Peser l ampoule amener env 100 ou 200 mi de gaz dans la pipette piston et lire imm diate ment le volume les d fauts d tanch it de la pipette piston se r percutent davantage sur les r sultats que la petite erreur due au refroidisse ment du gaz occasionn par la d tente sa sortie de l ampoule 3 Peser nouveau l ampoule et calculer la quantit de goz introduite pipette piston seringue de verre ampoule de goz liqu fi Au cours d une exp rience effectu e l aide du bac eau 1 908 g de gaz ont t introduits Le volume mesur tait de 830 mI 20 5 C sous une pression de 988 mbor Le volume calcul pour les conditions normales est de Va Ver Pop To _ 830ml 988 mbar 273K _ 753 mi Po Texp 1013 mbor 293 5 K 753 mI 0 753 dm contiennent donc 1 908 g de gaz 22 4 dm contiennent par cons quent 190222 4 g 56 8g La masse molaire du gaz d termin e exp rimentalement est donc de 56 8 g mol La valeur obtenue par le calcul pour le butane C4H10 est de 58 g mol Le r sultat de la mesure est tonnamment bon tant donn qu il n a pas t tenu compte du volume du bout de tuyau et du tube recourb Il est vrai que le fait que le gaz tait humide
8. es parce que les solutions s chauffent l g rement par suite de la r action exo hermique Elles sont cependant encore suffisamment pr cises pour une exploitation Une s rie de mesures avec chaque fois 100 ml de solution 1 de H202 fra chement pr par e et 2 0 mI ou 4 0 ml ou 8 0 ml de solution sat de KI a livr la temp rature T 21 C les valeurs suivantes temps en masse d oxyg ne form e en mg secondes avec 2 0 ml KI avec 4 0 ml KI avec 8 0 ml KI 0 0 0 0 15 1 1 1 30 3 3 3 45 5 5 9 60 7 7 25 75 8 12 58 90 12 20 97 105 14 27 137 120 17 41 174 135 21 60 209 150 27 78 238 165 31 98 265 180 38 119 288 195 45 138 310 210 55 159 330 225 65 176 349 240 75 194 364 255 86 215 381 270 95 232 397 285 105 247 407 300 114 262 416 Interpr tation Les r sultats des mesures et la repr sentation graphique ci dessus permettent de faire les d ductions suivantes 1 La r action tudi e ne s effectue pas en une mais en deux tapes selon le sch ma R r actifs In produit interm diaire F produits finaux 2 La vitesse de r action obtenue en d terminant la pente des droites L1 L2 L3 au point d inflexion des courbes correspondantes est proportionnelle la quantit de catalyseur Droite L1 vitesse de r action v 40 mg O2 par minute Droite L2 vitesse de r action v2 80 mg O2 par minute Droite L3 vitesse de r action vs 120 mg O2 par minute Un comport
9. ger comme au d part D veloppement Des essais quivalents peuvent tre r alis s en rempla ant h lium par du dioxyde de carbone COp Comme le CO2 est plus dense que l air il faut inverser le montage le seau se trouve en bas le ballon est suspendu la balance et plonge dans le seau la balance repose sur le statif ou plus simplement sur un escabeau poign e vid e Le ballon est accroch au crochet qui se trouve au plancher de la balance Il faut cependant mettre la balance en marche au pr alable Le ballon d un litre contient environ 1 75 g de dioxyde de carbone de sorte que les diff rences de poids avec le CO2 sont moiti moins grandes qu avec le He comme le montre la comparaison des masses molaires p 44 288 28 8 4 0 61 Densit des liquides But p dagogique D terminer la densit de liquides partir des mesures de masse et de volume Exercice D terminer la densit de divers liquides tels que l eau l alcool le chloroforme l hexane l essence Mat riel Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Eprouveties gradu es ballons jaug s pipettes pycnom ires b chers Divers liquides voir plus haut 100 ml o 10 mi prouvette ballon jaug pipette pycnom tre gradu e Mode op ratoire Tarer les r cipients de verre pycnom tre b cher ou prouvette gradu e puis y verser les liquides tudier Noter la masse Exp
10. il est recom mand d utiliser un agitateur magn tique Elle se fait selon le mod le ci dessous ie Les valeurs ont t d termin es la temp rature ambiante de 19 C Cette exp rience montre donc l intensit de fermentation qu il est possible d obtenir avec un minimum de p 103 00 rep temps min moyens O 60 120 180 51 52 Autres possibilit s Remarques Apr s une phase initiale lente la vitesse de r action tend vers une constante puis ralentit avec la diminution de la teneur en sucre La r action ne s arr te qu au bout de quelques heures 35 C on peut obtenir une courbe en S faiblement incurv e en 90 minutes On peut calculer sur base st chiom trique quel doit tre le rendement en CO2 d une certaine quantit de sucre 48 8 Dans notre exemple 2 44 g de dioxyde de carbone auraient donc du tre lib r s il faut cependant savoir que la masse de levure de boulanger contient une certaine proportion de substances fermentables On peut d terminer l intensit de la fermentation en fonction des facteurs suivants la temp rature p ex dans l intervalle O 60 C avec d termination de la temp rature opti male A cet endroit on peut galement montrer que la vitesse de r action double pratique ment tous les 10 le nombre de cellules de levure ou la quantit d enzyme exp riences avec des quantit s diff rentes de levure entre environ 2 et 20 g la quanti
11. terminer l aide d un tube de Pitot quel endroit le courant d air poss de une vitesse uniforme Remarque pour tous les essais ult rieurs il s agit de mesurer la force de r sistance F corps agissant sur le corps seul Mais le courant d air agit galement sur le suppor de sorte que la balance indique F mesure Il faut donc proc der une deuxi me mesure avec la tige seule sans le corps afin de d terminer la force Ftige On aura alors Fcorps F mesure FCtige Mesurer la force de r sistance F sur un corps diff rentes vitesses de l air v Etablir un tableau avec v F mesure et F corps R p ter le cas ch ant avec un corps de forme ou de taille diff rente A une vitesse de l air constante d terminer F corps pour des corps de taille A diff rente et de forme identique Etablir un tableau avec A F corps et F corps A R p ter ventuellement avec des corps de forme diff rente A vitesse de l air constante d terminer F corps pour des corps de forme diff rente et de m me section apparente A Tableau avec croquis de la forme et F corps R p ter ventuellement avec une vitesse de l air diff rente La dur e n cessaire chaque mesure est d environ une deux minutes et d pend norm ment de l adresse et de l entra nement de l exp rimentateur Pour un coulement turbulent la th orie donne Pour la PStau Po y2 p densit du fluide en mouvement 2 re pression dynamique Cr
12. 30 40 50 C 10 Conclusion A l aide d un pycnom tre et d une balance on peut d terminer la densit des liquides les plus Remarques vari s comme p ex celle de hexane de l alcool thylique du chloroforme Conform ment au tableau la densit de l eau varie de 0 00013 g cm8 c est dire de 0 13 o dans l intervalle de temp rature de O 4 C Dans le m me intervalle le volume du verre pyrex change de 0 04 celui du quartz change sept fois moins Lorsque le pycnom tre n est pas en quartz il est conseill d effectuer une correction de volume Lorsqu on remplit le pycnom tre d eau environ 2 C on peut observer que lors du r chauffement le niveau de l eau baisse dans le capillaire du bouchon En maintenant le pycnom tre dans une main chaude la contraction se fait en l espace de quelques secondes Mesurer avec particuli rement de soin la densit de l eau 20 C car les bureties pipettes et prouvettes gradu es sont talonn es cette temp rature La densit est alors approxi mativement inf rieure de 2 par arpport la valeur mesur e 4 C But p dagogique Exercice Mat riel Mode op ratoire Exploitation Remarques Densit de l air L air aussi a une masse et une densit Apr s avoir vid un ballon de l air qu il contenait on d termine la densit de l air partir de la masse et du volume de l air vacu Ramener les r sultats aux conditions normales
13. Fax 2 2657 0776 Mettler Toledo Thailand Ltd Bangkok 10320 T l 66 2 723 0300 Fax 66 2 719 6479 Mettler Toledo AG PO Box VI 400 CH 8606 Greifensee T l 41 44 944 22 11 Fax 41 44 944 31 70 Sous r serve de modifications 08 2006 Mettler Toledo AG Imprim en Suisse 11795684 Pour de plus amples informations
14. au moins une branche d une plante habitat chaud et sec et une autre d une plante habitat humide Sont disponibles toute l ann e dans les jardins et parcs If d autres conif res conviennent galement Viornes feuilles persistantes Viburnum rhytidophyllum V fragrans Co oneasters feuillage persistant p ex Cotoneaster salicifolia Laurier cerise Prunus laurocerasus qui convient galement tr s bien aux coupes minces en microscopie Houx Laurier rose Remplir la fiole d Erlenmeyer d eau Y placer le rameau fra chement coup D poser avec pr caution un peu d huile de paraffine la surface de l eau afin d emp cher l vaporation directe Un bouchon perfor de l ouate ou la combinaison des deux servent maintenir de mani re souple la branche en position verticale Peser la branche plac e dans la fiole d Erlenmeyer intervalles ad quats selon la sensibilit de la balance et la taille et la nature de la branche et tablir un tableau de valeurs de mesure La perte de poids d pend avant tout de la surface foliaire du temps et de l humidit relative de l air C est pourquoi il est sens de calculer la quantit d eau vapor e par cm de surface foliaire et par minute Pour ce faire d terminer la surface foliaire comme suit taler les feuilles sur un papier rigide et tracer leur contour au crayon Puis d couper les sur faces obtenues et les peser Peser galement un chantillon du m me
15. curseur p ex 6 Q lorsque la source de courant continu ne peut pas tre r gul e Interrupteur Amp rem tre C bles lectriques Statif Petit aimant permanent p ex barreau cylindrique Tige non magn tique aluminium bois d env 15 cm de long sur support l ger A aimant SC source de courant S T tige 1 interrupteur S Support R rh ostot curseur AM amp rem tre Coller l aimant sur la surface frontale sup rieure de la tige l aide d un peu de graisse Placer la bobine de mani re ce que l aimant se trouve juste l extr mit de la bobine V rifier tout d abord si le champ magn tique de la bobine agit directement sur la balance et si l indication de la balance change lorsqu on fait passer le courant on s aper oit que les balances METTLER TOLEDO sont pratiquement insensibles des champs magn tiques ext rieurs Veiller de plus ce que l aimant ne puisse pas se d placer par rapport la bobine au cours d une s rie de mesures car le champ de la bobine est h t rog ne Dans ce contexte une balance travaillant selon le principe de compensation des forces vite les probl mes car le plateau de la balance reste la m me hauteur au dessus de la table quelle que soit la charge Apr s avoir tar la balance augmenter progressivement l intensit du courant Les valeurs correspondantes et m pour la force sont port es dans un tableau en vue d une repr senta tion graphique ult rieure Il
16. de butyle 1 7 mg par minute pi d b 126 C L interpr tation de ces r sultats est difficile car les facteurs voqu s dans la partie th orique interviennent de mani re diff rente Tentons tout de m me de les interpr ter _ L ac tone pr sente la plus grande vitesse d vaporation Les forces intermol culaires sont sans doute faibles ce qui se traduit galement par le point d bullition bas Ces forces sont en tout cas plus faibles pour l ac tone que pour l thanol car l thanol peut tablir des liaisons hydrog ne entre ses mol cules ce qui ralentit l vaporation L vaporation de l thanol est plus lente que celle de l ac tate d thyle bien que la masse molaire de l thanol est plus faible et que sa temp rature d bullition est presque identique A nouveau ce sont vraisemblablement les liaisons hydrog ne la surface de l thanol qui retiennent les mol cules en train de s vaporer ce qui n est pas le cas pour l ac tate d thyle Seules les forces de Van der Waals beaucoup plus faibles se manifestent dans l ac tate d thyle La vitesse d vaporation de l ac tate d thyle est plus grande que celle de l ac tate de butyle Ceci est en corr lation avec les points d bullition et les masses molaires ainsi qu avec la faille des mol cules La faible vitesse d vaporation de l ac tate de butyle est probablement due aux forces de Van der Waals plus grandes Th orie Cat
17. l aide d une prouvette gradu e la pr cision du r sultat atteint au mieux 1 l est difficile de corriger le r sultat en fonction de l humidit de l air et de la teneur en COz leur influence est galement de l ordre de 1 But p dagogique Exercice Mat riel Mode op ratoire Exploitation Remarques Densit des gaz Cette exp rience illustre la densit d un corps gazeux D terminer la densit d un gaz partir du volume et de la masse et ramener le r sultat aux conditions normales Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Fiole d Erlenmeyer env 1 litre Eprouvetie gradu e env 1 litre R cipient avec de l eau CO2 He H2 ou O2 d une bouteille de gaz comprim Thermom tre temp rature ambiante Barom tre non ajust au niveau de la mer Tarer la fiole d Erlenmeyer remplie d air Faire circuler le gaz pendant quelques secondes par un tuyau muni d un tube de verre qui touche le fond de la fiole Lorsque l indication de la balance ne change plus arr ter l arriv e de gaz et lire la masse A m Remplir ensuite la fiole d Erlenmeyer d eau et d terminer le volume V l aide d une prouvette gradu e Le volume peut tre d termin tout aussi commod ment et de mani re plus pr cise l aide de la balance et de la densit de l eau de 1 00 g cm La densit du gaz est le quotient de la masse par le volume La masse du gaz n est pas mesur e dir
18. l aile portante Tableau avec Fr totale Fr mod le graphiques A Fe AF Planchette Aile portante gt 90 90 90 90 yo Un exp rimentateur entra n a besoin d environ 45 minutes pour les mesures seules Un groupe d l ves a besoin de trois quatre heures avec les exploitations D hobitude Fp et Fr de l aile portante sont A fp repr sent es sur un diagramme polaire selon Lilienthal Pour une interpr tation plus pouss faire appel des ouvrages techniques comme par exemple documents pour coles de vol voile L appareillage est d un emploi commode mais l exp rience demande un travail attentif et une exploitation soign e Malgr des exigences lev es ces essais sont appr ci s par les l ves en travaux pratiques But p dagogique Exercice Mat riel Montage exp rimental Mode op ratoire Intensit du champ magn tique d une bobine en fonction de l intensit du courant L intensit du champ magn tique d une bobine est proportionnelle l intensit du courant Mesurer la force exerc e sur un petit barreau aimant par le champ magn tique d une bobine en fonction de l intensit du courant traversant la bobine Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Bobine sans noyau p ex 7 cm de long 4 cm de diam tre 250 spires Source de courant continu capable de d livrer environ 5 10 A Rh ostat
19. les branches dans l eau d s qu elles sont coup es les retailler ventuellement sous l eau R colter des branches de plantes bien approvisionn es en eau sinon elles commencent par absorber de l eau mais ne transpirent d abord pas leurs stomates tant encore ferm s La perte de poids est alors tr s faible On peut viter ces difficult s en mettant les plantes dans l eau quelques heures avant le d but de l exp rience Absorption de vapeur d eau par les lichens Buts Cette exp rience doit montrer comment des plantes peuvent absorber de l eau partir d une atmosph re humide Elle vise de plus expliquer pourquoi les arbres des zones non pollu es air humide et de brouillard portent une paisse couche de lichens Mat riel Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage d au moins 0 01 g Bo te de P tri forme haute de 12 cm de diam tre Bo te de P tri ou couvercle en mati re plastique d environ 6 cm de diam tre Papier filtre Lichens secs p ex Pseudoevernia furfuracea esp ces des genres Cetraria et Stereocaulon Mode op ratoire Pr parer une chambre humide conform ment au croquis Peser pr sent exactement un thalle de lichen sec de taille ad quate le placer dans la chambre humide et fermer bien herm tiquement Apr s une demi heure papier filtre peser nouveau travailler rapidement Replacer le thalle dans la chambre humide R p ter les pes es
20. par intervalles d une demi heure plus tard par intervalles d une heure jusqu ce qu ce que le poids devienne constant Exploitation Repr senter graphiquement l absorption d eau en fonction du temps poids du thalle g Pseudoevernia furfuracea avec 19 temps h 1 70 1AA 0 5 10 15 20 25 30 Dans la chambre humide l eau condense sur le thalle de lichen Cette eau de condensation est rapidement absorb e par les cavit s remplies d air du thalle de lichen sec forte pente de la courbe Ensuite les parois des hyphes des champignons gonflent lentement jusqu saturation totale en eau faible pente de la courbe Par absorption d eau le thalle de lichen d abord fragile et cassant devient souple et lastique 47 48 Buts Mat riel Mode op ratoire Exploitation D veloppement Absorption et lib ration d eau par les mousses L absorption d eau par les mousses partir du sol est n gligeable L eau est surtout absorb e partir de la pluie de la ros e du brouillard et de la vapeur d eau Les exp riences montrent les importantes quantit s d eau que retiennent les mousses et le r le consid rable qu elles jouent ainsi dans divers cosyst mes Les exp riences servent galement de bonne introduc tion l anatomie et la physiologie des mousses La comparaison du budget eau des mousses et des plantes vasculaires est loquent Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d af
21. pendant 10 minutes 105 C mort rapide des tissus afin d viter des pertes par res piration puis 80 C jusqu poids constant 1 2 jours On ne s che plus temp rature constante de 105 C parce que diverses substances v g tales p ex les huiles essentielles s chappent cette temp rature ou subissent une d composition thermique D terminer pr sent le poids sec Si l on dispose d un four moufle calciner le mat riel v g tal sec 500 C sinon calciner dans une coupelle de porcelaine au dessus d un bec Bunsen d abord sur petite flamme puis sur flamme vive M langer de temps autre le mat riel carbonis Afin de r duire les amas charbonneux laisser refroidir humecter l alcool craser les amas et chauffer nouveau Peser le r sidu de cendres 49 50 Exploitation Autres possibilit s D terminer la teneur en eau d apr s la formule teneur en eau poids frais poids sec La teneur en cendres est exprim e en du poids frais et du poids sec Le tableau suivant peut servir de mod le chantillon poids poids sec teneur en eau teneur en cendres subst orga fraisen g eng eng en eng en PS en PF niques PF laitue 18 28 1 21 17 07 93 9 0 02 1 7 0 11 6 51 pomme 15 80 2 74 13 06 82 6 0 04 1 5 0 25 17 10 grains de bl 10 00 9 25 0 75 7 5 0 18 1 9 1 80 90 70 Lorsque ces exp riences sont effectu es en cours de travaux pratiques il faut absolument lors de l exploit
22. sidu gt g chantillon 2 Calculer la valeur th orique sur la base de l quation de la r action et du rapport st chio m trique pour une quantit d chantillon donn e p ex pour une prise d hydrog nocarbonate de sodium de 1 000 g 2 NaHCO T NaCOs CO HO 2 84 g mol 106 g mol 1 00 g d hydrog nocarbona e de sodium donne donc th oriquement es g 0 631 g de carbonate de sodium 168 Et pour le carbonate de magn sium nous avons MgCO3 Al e MgO CO2 84 31 g mol 40 31 g mol c est dire que 1 000 g de carbonate de magn sium donne 40 31 84 31 g 0 478 g d oxyde de magn sium 3 Comparer les valeurs trouv es exp rimentalement aux valeurs th oriques obtenues par le calcul Th orie Mat riel Mode op ratoire Synth se de sulfure de cuivre Lorsqu un m tal comme le cuivre r agit avec un m tallo de comme p ex le soufre il se forme un produit salin Le rapport du m tal au m tallo de li chimiquement reste constant ind pendamment de la quantit de cuivre utilis loi des proportions constantes Cette loi doit tre confirm e par la pr sente exp rience qu on a avantage r p ter plusieurs fois et titre d exercice pour les l ves Il s agit d autre part de d terminer la formule brute du compos synth tis La loi des proportions constantes ne s applique cependant que lorsque le produit qui se forme est homog ne c est dire lorsqu il se
23. 56 00 g y La droite du graphique a exactement une pente de 2 Comme les points de mesure tombent bien sur la droite la supposition est confirm e F 12 Dans l exp rience page 25 l aimant perma nent est soumis dans le champ magn tique ext rieur une force proportionnelle l inten sit du courant lectrique Ici par contre la pi ce de fer est d abord aimant e par le champ de la bobine Ensuite elle est soumise la force correspondante F qui d pend d une part de l intensit du champ magn tique H de la bobine et d autre part de l aimantation J de la pi ce de fer A partir des relations F H J et H let F 12 on d duit que J I c d que dans le domaine d intensit de champ magn tique consid r l aimantation de la pi ce de fer est proportionnelle l intensit du courant lectrique 27 28 Th orie Mat riel Mode op ratoire R sultats et exploitation Exemple chiffr Combien d hydrog nocarbonate de sodium contient un comprim effervescent Outre la substance active les comprim s effervescents de vitamines de limonade etc contiennent galement du sucre des ar mes des colorants alimentaires ainsi que de l acide tartrique et de l hydrog nocarbonate de sodium Lorsqu un tel comprim est mis dans l eau l hydrog nocarbonate de sodium r agit avec l acide tartrique pour donner du tartrate de sodium bien soluble du dioxyde de carbone et de l eau Le dioxy
24. II il peut se former de l oxyde de cuivre II partir du sel anhydre par limination de trioxyde de soufre ce qui se traduit par une coloration fonc e du produit blanc FU CuO 80 CuSO4 anhydre Cette r action secondaire fait que le poids du produit de r action est plus faible et donc que la perte d eau apparente est plus grande ce qui lors du calcul fait apparaitre davantage d eau de cristallisation qu il y en a effectivement Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g creuset en porcelaine avec couvercle tr pied bec Bunsen triangle de terre cuite taille ad quate pour le creuset pince creuset tige de verre sels cristallis s tels que sulfate de cuivre alun gypse eic 1 Peser le creuset vide avec son couvercle 2 Doser env 1 g de sel cristallis dans le creuset et peser exactement 3 Chauffer le creuset sur petite flamme non clairante Maintenir le creuset ouvert l aide de la pince creuset et bien m langer l aide de la tige de verre 4 Lorsque le sel est d shydrat ce qui s observe par le changement de coloration pour le sulfate de cuivre ou par la fin de la r action pas de production de vapeur pas de forma tion de crat res couvrir le creuset et le laisser refroidir jusqu la temp rature ambiante 5 Peser nouveau apr s refroidissement du creuset 6 R p ter l essai avec des chantillons de 2 3 et 4 g Montage exp rimental 1 Calcule
25. TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g 1 ballon d 1 L avec bouchon perc moiti 1 petit seau de 5L Statif H lium ou dioxyde de carbone en bouteille en acier Tube m tallique de 210 cm de long B 6 mm sur pied Attention Risque d explosion Mode op ratoire Engager le tube dans le bouchon convenablement perc et le poser sur la balance Fixer pr sent le ballon sur le bouchon et lire le poids indiqu Ensuite placer le seau au dessus du ballon et faire entrer h lium dans le seau par le bas jusqu ce que le poids soit constant Le ballon devient alors plus lourd Remplir maintenant le ballon d h lium et le replacer sur la balance La balance indique une masse plus petite car la masse de l h lium dans le ballon est inf rieure celle de l air Lorsque le ballon est de nouveau mis dans une atmosph re d h lium la ba lance indique la m me masse que si le ballon rempli d air tait entour d air 14 Exploitation La masse molaire moyenne de l air 28 8 g mol est environ 7 fois sup rieure celle de h lium Le ballon d un litre est donc soumis des forces tr s diff rentes le poids d environ 1 15 g d air ou celui d environ 0 16 g d h lium Voici une repr sentation sch matique des forces tudi es A B C D air He air He air air He He Pouss e d Archim de air air h lium h lium h lium h lium air air Force de pouss e Conditions initiales plus lourd plus l
26. alyse homog ne la d composition de H20 Un catalyseur est une substance qui d clenche une r actioin ou l acc l re sans tre elle m me consomm e au cours de la r action L effet d acc l ration du catalyseur repose sur un abaissement de l nergie d activation de la r action en cause Lorsque le catalyseur est pr sent dans une autre phase que les substances participant la r action on parle de catalyse h t rog ne Si par contre le catalyseur est pr sent dans la m me phase que les substances r agissantes il s agit d une catalyse homog ne La d composition de H202 s effectue selon l quation 2 H202 catalyseur 2H20 O2 La catalyse peut tre aussi bien homog ne qu h t rog ne Comme catalyseurs h t rog nes on peut employer de l argent ou de l oxyde de mangan se IV MnO2 comme catalyseurs homog nes on peut utiliser p ex une solution d iodure de potassium ou une solution de l enzyme catalase A l aide des mesures suivantes nous allons tudier la catalyse homog ne de la r action par une solution d iodure de potassium et l oxyg ne lib r sera mesur en fonc tion du temps En variant la quantit de catalyseur on peut constater comment le catalyseur influence la r action On peut en outre constater comment la r action s effectue En effet si la r action se fait en une tape selon le sch ma R r actifs gt P produits alors la formation d oxyg ne d bute imm diatement apr s add
27. appara t que la force est directement proportionnelle l intensit du courant Donc l intensit du champ magn tique est galement proportionnelle l intensit du courant 25 26 But p dagogique Exercice Mat riel Montage exp rimental Mode op ratoire et exploitation Conclusion Fer doux dans un champ magn tique Le fer doux s aimante dans un champ magn tique ext rieur et est soumis une force d atirac tion lorsque le champ et h t rog ne Mesurer la force agissant sur une pi ce de fer doux dans le champ magn tique d une bobine en fonction de l intensit du courant lectrique dans la bobine Identique celui de l exp rience pr c dente page 25 Seul l aimant est remplac par une pi ce de fer doux p ex une vis en fer de faille comparable Comme pour l exp rience page 25 Le principe de mesure correspond en tout point celui de l exp rience page 25 Par contre la relation entre et m pour F s av re ne pas tre une relation lin aire Exemple de mesures effectu es avec une vis Allen M8 de 25 mm de long Intensit de Indication Les forces observ es pour 3 A et 6 A laissent courant de la balance M supposer une relation du second degr 0 99 A 0 78 g k 12 o n On peut le v rifier le plus ais ment par 4 01 A 10 75 g repr sentation graphique sur papier 4 99 A 16 86 g bi logarithmique 6 00 A 24 46 g 7 00 33 41 g A 8 01 44 04 g F m 9 05 A
28. asser un ventuel reste CO2 6 Peser nouveau et d terminer la perte de CO2 Montage exp rimental fiole d Erlenmeyer avec acide chlorhydrique et morceau de calcaire balance de pr cision METTLER TOLEDO 1 58 g de calcaire ont d gag 0 386 g de CO2 D apr s l quation de la r action et les rapports st chiom triques CaCO3 2 HCI gt Ca2 2C H20 CO2 100 g mol 44 g mol 1 58 g xg 1 58 g de CaCOs pur devraient lib rer x 58 9 44g mol Z x 0 695 g CO2 100 g mol oo Comme l chantillon n a lib r que 0 386 g de CO2 donc 55 54 de 0 695 g la teneur en carbonate de calcium de l chantillon de calcaire est de 55 54 La pr cision de la m thode peut tre v rifi e l aide de CaCO3 pur Th orie Mat riel Mode op ratoire R sultats et exploitation D termination de l eau de cristallisation de sels De nombreux sels cristallis s contiennent de l eau li e qui peut tre limin e par chauffage Les mol cules d eau se d tachent alors du sel hydrat et s vaporent Il reste le sel anhydre sel hydrat BULLE sel anhydre eau Lorsqu on d termine exactement la perte d eau par pes e on peut calculer le nombre de mol cules d eau li es ou ce qu on appelle l eau de cristallisation Remarque en chauffant trop fort ou trop longtemps des r actions secondaires peuvent se produire Lorsqu on d termine p ex l eau de cristallisation du sulfate de cuivre
29. ation discuter aussi des sources d erreurs possibles Analyse qualitative des cendres Etude de divers types de feuilles caduques persistantes succulentes Feuilles d une esp ce v g tale expos es au soleil l ombre ou feuilles ins r es tr s haut expos es au vent ou bien prot g es du vent Buis et pr sentation du probl me Mat riel Mode op ratoire Exploitation La fermentation alcoolique La fermentation alcoolique s accompagne d un d gagement de dioxyde de carbone Ainsi le substrat de fermentation s all ge ce qui est facilement d montr par pes e La quantit de dioxyde de carbone lib r e par unit de temps sert donc de mesure de l intensit du m tabo lisme des levures sous conditions ext rieures maintenues constantes En modifiant l exp rience de base on peut tudier l influence de divers facteurs ext rieurs sur l intensit de la fer mentation Le principe fondamental reste toujours le m me on d termine le poids en fonction du temps par pes es successives Connaissances n cessaires aux l ves respiration et fermentation d roulement significa tion aspects chimiques illustr s par les formules brutes Lorsque les exp riences sont effec tu es en cours de travaux pratiques les l ves peuvent eux m mes projeter et ex cuter diff rentes s ries d essais En classe avec une dur e de cours de 45 min seulement la d monstration de l influence de la temp rature es
30. balances telles que le pont bascule pour les v hicules la balance postale ou encore la balance ressort dans laquelle la force du poids fonction de la gravit est visualis e sur une chelle lin aire La balance est famili re pour l homme non seulement parce qu elle constitue un des instruments de mesure les plus courants et les plus diversifi s mais aussi parce que depuis des temps imm moriaux elle est l embl me de l galit et de la justice La ba lance occupe ainsi une place aussi importante que l p e de jugement de la D esse Justitia symbole d un jugement quilibr La pes e de l me chez les Egyptiens et les Grecs anciens est un autre usage symbolique int ressant de la balance On retrouve de nombreuses repr sentations de ce rituel Utilis comme moyen de jugement au tribunal de la mort dans les sarcophages d anciennes momies gyptiennes ou sur les papyrus accompagnant le d funt En fonction du r sultat l me repr sent e sur la balance par un petit r cipient avec se tenant c t la per sonne devant tre jug e passait soit avec le dieu des t n bres pour tre d vor e soit avec le dieu de la lumi re pour gagner un lieu de f licit L me est pes e contre la v rit repr sent e sous la forme d une plume hi roglyphe symbolisant la v rit la justice d pos e sur lautre plateau de la balance l OUI 2 Une repr sentation similaire venant de l adoration chr tienne
31. ce de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 001 g 1 grande boite de P tri diam tre 8 12 cm divers liquides comme p ex de l ac tone de l hanol de l hexane etc Mode op ratoire Poser la boite de P tri sur la balance y verser le liquide tudier env 5 mm de hauteur tarer et lire toutes les 15 secondes la masse vapor e Interrompre la mesure apr s 3 minutes Important utiliser la m me boite de P iri pour toutes les mesures afin de garder la surface d vaporation constante La lumi re directe du soleil devra aussi tre viter Boite de P tri contenant le liquide Balance de pr cision METTLER TOLEDO R sultats et exploitation 1 Pr senter graphiquement les valeurs de mesure sur papier millim tr Porter la quantit de liquide vapor e en fonction du temps Les valeurs suivantes ont t trouv es lors d une mesure avec une boite de P tri de 9 cm de diam tre et de l ac tone 21 C temps OS CE COCO l 120 i 100s quantit 0O 4 12 15 I 22 DOS OS S SAT 0 39 40 Interpr tation mg vapor s i gt 60 120 temps en s Les vitesses d vaporation de l thanol de l ac tate d thyle et de l ac tate de butyle ont t d termin es de la m me mani re Les valeurs suivantes ont t trouv es ac tone 15 0 mg par minute pi d b 56 C thanol 3 7 mg par minute pi d b 78 C ac tate d thyle 6 5 mg par minute pi d b 77 C ac tate
32. ch que Russie Singapour Slovaquie Slov nie Su de Suisse Ta wan Tha lande Pour les autres pays Mettler Toledo International Inc CH 8606 Greifensee Suisse T l 41 44 944 22 11 Fax 41 44 944 30 60 Mettler Toledo GmbH D 35353 Giessen T l 0641 50 70 Fax 0641 507 128 Mettler Toledo Ltd Port Melbourne Victoria 3207 T l 03 9644 57 00 Fax 03 9645 39 35 Mettler Toledo GmbH A 1230 Wien T l 01 604 19 80 Fax 01 604 28 80 Mettler Toledo s a B 1932 Zaventem T l 02 334 02 11 Fax 02 334 03 34 Mettler Toledo Ltda 06455 000 Barueri S o Paulo T l 11 7295 1692 Fax 11 421 3459 Mettler Toledo Inc Ontario Canada Tel 800 638 8537 Fax 905 681 8036 Mettler Toledo Shanghai Ltd Shanghai 200233 T l 21 6485 04 35 Fax 21 6485 33 51 Mettler Toledo Korea Ltd Seoul 137 130 T l 82 2 3498 3500 Fax 82 2 3498 3555 Mettler Toledo d 0 0 HR 10000 Zagreb T l 01 29 58 130 Fax 01 29 58 140 Mettler Toledo A S DK 2600 Glostrup T l 43 270 800 Fax 43 270 828 Mettler Toledo S A E E 08908 Barcelona T l 93 223 76 00 Fax 93 223 76 01 Mettler Toledo Inc Columbus OH 43240 T l 800 METTLER Fax 614 438 4900 Mettler Toledo s a F 78222 Viroflay T l 01 3097 17 17 Fax 01 3097 16 16 Mettler Toledo Ltd Leicester LE4 1AW T l 0116 235 70 70 Fax 0116 236 5500 Mettler Toledo KFT H 1139 Budapest T l 01 288 40 40 Fax 01 288 40 50 Mettle
33. de de carbone gazeux s chappe et le comprim se dissout Equation de la r action H H H H Lo Io 2 NaHCOs HOOC C C COOH gt Na00C C C COO Na 2 CO2 2 H20 CH CH O HOH hydrog nocarbonate acide tartrate dioxyde de sodium tartrique de sodium de carbone La teneur en hydrog nocarbonate de sodium peut tre d termin e partir de la quantit de dioxyde de carbone form e Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g fiole d Erlenmeyer col large de 300 mL tige de verre comprim s effervescents calculatrice de poche gobelets jeter serviettes en papier sceau ordures 1 Mettre env 2 di d eau de robinet dans la fiole d Erlenmeyer bien l essuyer l ext rieur la poser sur la balance et tarer 2 Poser un comprim effervescent sur le plateau de la balance c t de la fiole d Erlenmeyer d terminer sa masse et noter le r sultat 3 Tarer nouveau avec le comprim 4 Immerger avec pr caution le comprim dans l eau sans claboussures attendre la fin de la r action bien agiter l aide de la tige de verre et d terminer la masse du dioxyde de carbone qui a t lib r Noter le r sultat 5 Si vous le d sirez vous pouvez verser la boisson obtenue dans un gobelet et la boire Sinon jeter la solution 6 Rincer soigneusement la fiole d Erlenmeyer et bien la s cher l ext rieur Elle est alors pr te pour l essai suivant Masse du com
34. de pres sion et de temp rature Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Pompe vide trompe eau Ballon de verre deux robinets env 1 litre Seau d eau Eprouvetie gradu e 1 litre Thermom tre temp rature de l eau Thermom tre temp rature ambiante Barom tre non ajust au niveau de la mer Afin de simplifier les calculs l eau doit avoir la m me temp rature que l air ambiant Tarer sur la balance le ballon sec rempli d air Puis vacuer qu il contient et le peser Noter la masse m de l air vacu Plonger ensuite le ballon dans le seau d eau ouvrir lentement le robinet le ballon se remplit d eau jusqu ce que la pression dans le ballon soit la m me qu l ext rieur Le niveau d eau dans le ballon se trouve alors la m me hauteur que dans le seau Le volume V de l eau qui a p n tr dans le ballon correspond au volume d air vacu il peut tre d termin l aide d une prouvette gradu e ou par pes e La densit est obtenue en calculant le quotient de la masse et du volume p Pa en g dm ou kg m3 masse d air vacu meng volume d air vacu V en dm temp rature ambiante en C d o T enK pression atmosph rique p en mbor Pour la densit temp rature ambiante nous avons D Il lt 3 et pour la densit normalis e mo 1013 mbar T V p 273 1K valeur de la litt rature 1 293 kg m3 Lorsque le volume est mesur
35. des saints est celle de Saint Michel juste avocat du jugement dernier Les expressions famili res Que quelque chose de l ger ou m me d imma riel puisse avoir un poids important est montr l vidence quand quelqu un r ussit d un simple mot prendre une d cision pesante mais nous devons un ami fid le pour qui la balance penche en notre faveur le fait de ne pas perdre le sens de l quilibre il peut alors nous donner le conseil suivant p se les choses pesantes en premier Maintenant alors que les gens qui p sent chacun de leurs mois puissent tre intelligents ils doivent tre regard s comme des contemporains p dants souffrant d un mal existentiel But p dagogique Exercice Mat riel Mode op ratoire Exploitation Conclusion Remarques D termination de la densit des corps solides par la mesure du volume et du poids Cette exp rience illustre les notions de masse et de densit elle sert galement d introduction la technique de pes e Calculer le volume de corps formes r guli res partir de leurs dimensions D terminer la masse par pes e Calculer la densit partir du volume et de la masse Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Corps de forme parall l pip dique sph rique conique cylindrique Instruments de mesure de la longueur pieds coulisse palmers microm tres vis Chaque l ve re oit un corps d termine ses dimens
36. ectement elle est calcul e comme suit Mjgaz M ballon avec gaz M ballon avec ai Mair Am Mair Diff rence de masse entre le gaz et l air Am eng Masse d air non mesur Mar ng Volume de la fiole d Erlenmeyer V en dm Temp rature ambiante en d o T enk Pression atmosph rique p en mbar Sg a rI Mgaz AM Mair La densit du gaz dans les conditions de l exp rience est P Gos V V et dans les conditions normales Po gaz Am NE i Po air V p 273 1 K avec Po air 1 293 g dm La fiole d Erlenmeyer doit tre parfaitement s che Les bouteilles de gaz comprim doivent tre la temp rature ambiante Faire entrer les gaz plus l gers que l air comme l h lium par le bas dans l Erlenmeyer retourn But p dagogique Exercice Mat riel Pouss e d Archim de dans les gaz Lorsqu un corps solide est pes dans l air la pouss e d Archim de est gale en intensit au poids de l air d plac La m me chose est valable pour d autres corps gazeux ou liquides Lors de la d termination de la masse de corps de faible poids sp cifique il faut par cons quent faire une correction de pouss e d Archim de D terminer la diff rence de pouss e verticale entre l air et h lium pour un ballon d un litre rempli d air D terminer la diff rence de pouss e verticale entre l air et l h lium pour un ballon d un litre rempli d h lium Balance de pr cision METTLER
37. ement analogue s observe souvent dans les r actions enzymatiques La pr sente r action peut servir de mod le pour de telles r actions 3 Lorsqu on r duit la concentration de catalyseur non seulement la vitesse de r action devient plus lente mais le temps n cessaire la formation d oxyg ne augmente aussi La phase initiale de la r action s allonge nettement 43 44 Remarque Le d roulement de la r action livre une explication ce ph nom ne Au cours de la premi re tape les ions iodure et H202 r agissent pour former des ions hypoiodite l H202 gt 107 H20 qui r agissent ensuite avec une deuxi me mol cule d H202 pour donner de l eau de l oxy g ne et des ions iodure 107 H202 gt F H20 Oo Les ions iodure apparaissant dans la seconde tape de la r action sont de nouveau dispo nibles pour la premi re tape Comme les deux tapes se d roulent beaucoup plus rapide ment que la r action globale sans addition d iodure les ions iodure exercent une action cata lytique par la formation du produit interm diaire 10 hypoiodite Ils abaissent l nergie d activation de la d composition de H202 en eau et oxyg ne Parall lement aux r actions voqu es jusqu ici a lieu une autre r action du moins imm diatement apr s addition de l iodure mais cette r action atteint rapidement l quilibre et par cons quent s arr te L oxyg ne naissant oxyde l iodure en iode l menta
38. er de p trole ou hexane sulfate de magn sium anhydre entonnoir papier filtre ou ouate b cher 100 ml pipette 10 0 ml Farine de graines de soja de noisettes ou de graines d arachide 1 Verser la farine dans la fiole d Erlenmeyer ou l prouveite gradu e la recouvrir de 40 mL Peser environ 3 g de farine de soja de noisettes ou d arachide d ther de p trole ou d hexane ajouter 5 g de sulfate de magn sium anhydre et agiter vigoureusement de temps autre pendant 5 minutes Ouvrir bri vement le bouchon rodage avant et apr s l agitation afin d quilibrer la pression Filtrer une partie de la suspension obtenue sur papier filtre ou de l ouate dans un r cipient sec qui pourra tre bouch p ex une fiole d Erlenmeyer bouchon ou un b cher ferm par un verre de montre On emp che ainsi l vaporation du solvant Pipeter pr sent exactement 10 0 mL du filtrat dans un petit b cher pes au pr alable et vaporer l chantillon sur bain marie sous une hotte jusqu ce que l odeur de solvant ait compl tement disparu Peser l chantillon apr s retour la temp rature ambiante La teneur en graisse est d termin e partir du poids de l chantillon de produit alimentaire a g et de la masse du r sidu b g qui consiste en graisse pure teneur en graisse Se Une prise de a 3 00 g de farine de noisettes a donn apr s vaporation de 10 0 mL de la solution d extraction un
39. es partir de la pouss e d Archim de et d terminer leur masse par pes e En d duire par le calcul la densit moyenne du corps Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g B cher rempli d eau Statif avec noix et fige transversale Fil de nylon Petite nacelle en treillis m tallique grosses mailles Paire de pincettes Corps de forme quelconque p ex vis cl pi ce de monnaie La nacelle vide suspendue par le fil de nylon plonge dans l eau de telle mani re qu elle ne touche pas la paroi du b cher Fil de nylon Nacelle en Siatif treillis m tallique Tarer la balance Poser le corps sur le plateau de la balance c t du b cher et d terminer sa masse m Placer pr sent le corps dans la nacelle l aide des pincettes Il ne faut pas perdre d eau par claboussures ou par des gouttelettes retenues par les pincettes Veiller absolument chasser les bulles d air accroch es la nacelle et son contenu Le corps peser est soumis une pouss e ascendante Fa et repousse l eau vers le bas avec une force oppos e F identique La balance indique M et nous avons la relation Fa M g Selon le principe d Archim de Fa Vsoiide Pliquide 9 Mg Vsolide aE P liquide t M et la densit moyenne P solide le oie Pliquide Exemple crou de roue d automobile temp rature de l eau 20 C masse de l crou m 52 74 g pouss e ascendante M 6 74
40. exclusivement par des personnes qualifi es ou bien sous la surveillance de personnes comp tentes Il convient de respecter la notice d utilisation de tous les appareils utilis s balances de pr cision becs Bunsen ventilateurs etc Diff rentes mati res cit es dans les exp riences sont dangereuses toxiques ou explosives En outre leur utilisation peut tre interdite restreinte par la loi ou par le r glement int rieur de l tablissement d enseignement ou tre soumise au respect de r gles strictes en particulier en mati re de s curit Seul l utilisateur est responsable de la mise en oeuvre de toutes les sub stances et du respect des r gles en vigueur Toutes les r gles et consignes de s curit doivent tre respect es La m trologie ou l art de la mesure Un peu de culture Le mat riel de mesure de pr cision n est pas seulement la base de la recherche scientifique il joue aussi un r le tr s important dans notre vie en g n ral au quotidien Quelqu un qui peut mesurer avec exactitude une longueur le temps ou encore un poids est digne de confiance Ainsi ceux qui sont autoris s d terminer poids et masse d tiennent la puissance Alors que la mesure du temps ou d une dimension pouvait reposer sur une unit bas e sur la biologie ou la physique le choix des unit s de poids tait al atoire C est ainsi que les pays les principaut s et les villes avaient tous leurs propres unit s de poids
41. fichage d au moins 0 01 g Cristallisoir Papier absorbant Diverses mousses p ex Polytrichum Leucobryum Sphagnum Peser un coussin de mousses sec puis l immerger compl tement dans un cristallisoir remplie d eau Ensuite d abord intervalles courts puis plus longs retirer le coussin de mousses de l eau le secouer bri vement pour liminer l eau retenue superficiellement le tamponner l g rement l aide de papier absorbant et peser Lorsque le poids reste constant l absorption maximale d eau est atteinte Par exemple selon le sch ma suivant Plante temps pois absorption d eau en minute eng en Polytrichum commune 0 1 46 0 30 2 42 165 60 4 60 315 90 5 32 364 120 5 48 375 Sphagnum spec 0 2 24 0 5 51 02 2280 10 59 07 2640 15 64 29 2870 30 65 80 2940 60 71 80 3170 Dans les conditions du laboratoire on observe des valeurs extr mes Dans la nature la r ten tion maximale d eau n est obtenue que passag rement lors de pluies importantes A cette occasion on ne devrait pas manquer de pr senter sous le microscope les cellules aquif res de Sphagnum et de Leucobryum Voir galement STEINECKE et AUGE 1963 On peut aussi mesurer la lib ration de l eau de mousses satur es les coussins de mousses sont pos s sur une surface s che et observ s intervalles de plusieurs heures plusieurs jours Les auteurs cit s plus haut d crivent galement des exp riences de transport de l eau
42. fra chement pr par e 1 de H202 solution sat de KI un chronom tre papier millim tr pour l exploitation 1 Verser 100 g de solution 1 de H202 dans le b cher Ajouter 2 0 ml de solution sat de KI agiter bri vement avec la tige de verre et tarer Tarer le b cher sur la balance nouveau Lire toutes les 15 secondes la perte de masse due au d part d oxyg ne et noter les valeurs mesur es La mesure peut tre interrompue au bout de 5 6 minutes Effectuer d autres s ries de mesures avec 4 0 ml et 8 0 ml de solution sat de KI Si n ces saire des mesures suppl mentaires peuvent galement tre effectu es avec 3 0 ml 6 0 ml et 9 0 ml de solution sat de KI Ne pas utiliser de plus grandes quantit s de catalyseur sinon il faudrait proc der par le calcul une correction de l effet de dilution en raison de l augmentation du volume total de la solution de r action Pour les quantit s de catalyseur indiqu es une correction de l effet de dilution n est pas n cessaire 6 Repr senter graphiquement les valeurs de masse trouv es en fonction du temps Remarque lorsque en raison du temps disponible p ex en cas de mesures effectu es titre de d monstration une r action plus rapide est souhait e toute la s rie de mesures peut tre effectu e avec 50 mi de H202 3 et 0 75 ml ou 1 5 ml ou 3 0 ml de solution sat de KI comme catalyseur Les valeurs de mesure sont alors quelque peu fauss
43. g 1g 1 5 g et 2 g dans une t le de cuivre et les peser au mg pr s 2 D couper chaque morceau de cuivre en portions d environ 1 5 cm x 1 5 cm Les mettre dans le creuset vide pes avec son couvercle Ajouter de la fleur de soufre en l ger exc s et chauffer sur une petite flamme non clairante sur le tr pied sous la hotte 3 Lorsque l exc s de soufre est compl tement limin ce qu on constate l absence de flamme ou de vapeurs jaunes brunes de soufre poser le couvercle sur le creuset et chauffer fortement pendant 2 minutes 4 Couper le bec Bunsen laisser refroidir le creuset jusqu la temp rature ambiante l air et le peser 35 36 Montage exp rimental creuset sans couvercle creuset avec couvercle apr s au d but et en cours de la r action pour chauffer r action refroidir et peser R sultats et exploitation Les valeurs suivantes ont t trouv es lors d exercices faits par des l ves Mesure A g de cuivre B g de soufre Cuivre en Soufre en a b li 1 1 162 0 282 80 47 19 53 4 12 2 1 450 0 370 79 67 20 33 3 92 3 0 745 0 203 78 58 21 45 3 67 4 1 715 0 436 79 73 20 27 3 93 5 1 631 0 441 78 72 21 28 3 70 6 0 585 0 166 77 90 22 10 3 52 7 1 408 0 343 80 41 19 59 4 10 1 242 0 320 79 51 20 49 3 88 g de soufre li 0 6 0 4 0 2 j 9 9 18 L5 g de cuivre Les r sultats ci dessus montrent clairement que le cuivre r agit en proportions constantes avec le soufre ind penda
44. g 52 74 q 3 3 p 1 00 g cm 6740 7 83 g cm Conclusion A 20 C la densit de l eau est inf rieure de 0 2 1 g cm M me sans tenir compte de la variation de la densit en fonction de la temp rature il est possible de d terminer le volume et la densit moyenne de petites pi ces de monnaie avec une pr cision sup rieure 1 Pour les pi ces d or et d argent on peut d terminer la teneur en m tal fin quand on connait la densit moyenne de l additif d alliage Nous avons masse volume densit moyenne pi ce de monnaie m V p or argent Mx Vx px reste MR PR M M MR V p Ve px V W PR But p dagogique Exercice Mat riel Mode op ratoire P Exploitation Variation de la densit de l eau en fonction de la temp rature La densit de l eau change avec la temp rature L eau atteint sa densit maximale 4 C anomalie de l eau D terminer la densit de l eau entre O et 50 C l aide d un pycnom tre et d une balance Les r sultats de mesure doivent galement tre repr sent s graphiquement Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g pycnom tre 50 ou 100 mL si possible en quartz et avec thermom tre rodage B cher de 1000 mL Eventuellement thermom tre allant de O 50 C gradu au 1 10 ou 1 5 de degr Plaque chauffante Plaque de polystyr ne expans isolante Essuie main Gla ons Une isolation thermique e
45. ions et calcule son volume Puis il p se l objet sous la surveillance du professeur et exploite finalement les r sultats La densit est le quotient de la masse et du volume m p 7 unit s g cm3 kg m3 Les diff rents objets peuvent tre tudi s successivement par tous les l ves ventuellement par groupes de 2 l ves L impr cision relative du r sultat devrait tre estim e par un calcul d erreur erreurs de calibrage n gligeables pr cision de la forme g om trique erreur relative sur les mesures de longueur erreur relative de la pes e La balance affiche la masse exacte de l objet seulement lorsque la densit de cette objet est de 8000 kg m3 Pour une d termination sur des corps de faible densit comme le polystyr ne expans il faut effectuer une correction de la pouss e d Archim de sous peine d un r sultat erron Lorsque la densit de fils fins ou de fines feuilles fil de cuivre feuille d aluminium est connue leur paisseur peut tre d termin e par pes e On peut calculer x l aide de corps cylindriques ou sph riques de densit connue But p dagogique Exercice Mat riel Montage exp rimental Mode op ratoire Exploitation Densit des corps solides m thode de la pouss e d Archim de Cette exp rience illustre les notions de masse de pouss e d Archim de et de densit D terminer le volume de corps solides de diff rentes form
46. ire 2 H30 21 0 3 H20 l2 La formation de l l ment iode est reconnaissable la coloration jaune du m lange r actionnel Les ions H30 proviennent de l eau 2 H20 H30 OH comme les ions H30 sont consomm s lors de la formation d iodure leur concentration diminue rapidement de sorte que la formation d iode s arr te apr s atteinte de la concentra tion d quilibre Cette r action parall le n influence pas l exploitation des r sultats de mesure Buts Mat riel Montage exp rimental Mode op ratoire Exploitation Transpiration chez les plantes Preuve de la transpiration par les feuilles Diff rence de transpiration en fonction de l cotype de la plante et des facteurs d environne ment Transpiration en fonction du degr d ouverture des stomates Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage d au moins 0 01 g Fiole d Erlenmeyer col troit 100 mI ou 200 ml Bouchon perfor Ouate Huile de paraffine ventuellement teint e par un colorant lipophile Lampe de bureau S choir cheveux Pour les balances tr s sensibles et lorsque les intervalles entre les mesures doivent tre courts il est recommand de construire un caisson en plexiglas on peut se procurer le plexiglas dans le commerce d coup aux dimensions voulues puis l assembler sans difficult l aide d une colle ad quate Plantes tr s grand choix en t Cependant choisir
47. ition du catalyseur Mois si la r action se d roule en deux tapes en passant par un produit interm diaire selon le mod le suivant R r actifs produits interm diaires F produits finaux alors la formation d oxyg ne ne commence qu apr s un certain d lai dit phase initiale Cette diff rence entre les deux types de r action se traduit galement par la forme de la courbe obtenue en portant la masse de l oxyg ne lib r en fonction du temps A quantit de produits finaux temps r action sans produit A quantit de produits finaux ar temps r action avec produit interm diaire Pour ces exp riences la balance n est pas seulement instrument de pes e elle assure gale ment la fonction d un instrument de mesure permettant d observer le d roulement de la r action Les r sultats peuvent bien s r tre exploit s galement sur un ordinateur Lorsqu on dispose d un afficheur pour r troprojecteur METTLER la s rie de mesures peut aussi tre effec tu e titre de d monstration en salle de cours et tre ais ment exploit e et interpr t e avec les l ves 41 42 Mat riel Mode op ratoire R sultats et exploitation Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g avec afficheur pour r troprojecteur pour la d monstration en salle de cours 1 b cher 250 ml seringue ou pipette gradu e 0 10 ml tige de verre 500 ml d une solution
48. l Support pour la fixation horizontale des mod les p ex bloc de bois Yina PELLE PLLLLLLN 1 tige orientable supportant le mod le 2 bloc de bois de 180 mm x 100 mm x 30 mm 3 al sage recevant la tige 1 4 ventuellement vis permettant de bloquer l alignement de la tige 1 5 tige de 10 mm de diam tre solidement engag e dans le bloc de bois 6 contrepoids d environ 1kg p ex pied cylindrique Pour prot ger la balance des courants d air p ex une bo te de carton de 60 cm x 60 cm x 40 cm ouverte vers l exp rimentateur fix e la table par deux pinces dont la base est d coup e de mani re ce que la balance repose directement sur la table avec une petite ouverture lat rale pour la tige 1 Montage exp rimental Mode op ratoire Des montages diff rents sont n cessaires pour la mesure de la force de r sistance et de portance Portance Force de r sistance Lorsqu on utilise une soufflerie relative ment puissante il est n cessaire d utiliser une boite de carton de protection car le courant d air r fl chi par le plafond pro voque des turbulences qui agissent sur le plateau de la balance V rifier l aide d une flamme de bougie a Examiner la distribution de vitesse dans le courant d air devant la soufflerie l aide d un tube de Pitot b Force de portance A elle peut tre calcul e th oriquement l aide de la for
49. le p ex disque circulaire sph re demi sph re pleine demi sph re creuse corps a rodynamique mod les de v hicules de m me forme p ex disques circulaires ou plaques carr es petits moyens grands tiges supporis seules sans corps r sistant Support du corps r sistant p ex 1 pied cylindrique avec al sage suppl mentaire transversal de 8 2 mm de diam tre 2 tige d aluminium de 8 mm de diam tre longueur 400 mm 3 al sage destin recevoir les tiges supporis des corps r sistants 4 vis M3 de blocage d alignement 5 ventuellement un contre poids Pour prot ger la balance des courants d air Utiliser p ex une boite de carton de 60 cm x60 cmx 40 cm ouverte vers l exp rimentateur fix e la table par deux pinces dont le fond est d coup de mani re ce que la balance repose directement sur la table avec une petite ouverture lat rale pour la tige en aluminium 2 du support L Montage exp rimental Lorsqu on utilise une soufflerie relativement puissante j E on ne peut se passer de la protection d une boite en carton car le courant d air renvoy par le plafond entraine des turbulences qui agissent sur le plateau de la balance v rifier l aide d une flamme de bougie 1 Soufflerie 2 Bo te en carton 3 Corps r sistant sur son support Mode op ratoire Exploitation Conclusion a b Z c d Lez e D Essai pr liminaire d
50. les lois scientifiques Ce qui est per u par l observation est non seulement plus facile traduire en formules abstraites mais se grave galement avec plus de force dans la m moire de l l ve A l aide d une balance lectronique vous pouvez d montrer de mani re frappante vos l ves comment se manifestent les lois formules et ph nom nes de la physique de la chimie et de la biologie Nous avons surtout veill ce que les diff rentes exp riences puissent tre mont es peu de frais et avec des moyens simples Chaque exp rience individuelle a de plus t test e plu sieurs fols Lorsque vous r aliserez une exp rience vous pourrez vous concentrer enti rement sur l enseignement de par sa simplicit d emploi la balance lectronique ne demandera qu une attention occasionnelle de votre part Bien entendu nous vous demandons cependant de respecter les consignes g n rales de s curit Il ne nous reste qu vous souhaiter une bonne r ussite et beaucoup de satisfactions Mettler Toledo AG CH 8606 Greifensee Cette brochure pr sente des exemples d exp riences pour l enseignement Le mat riel les substances utilis s tout comme le d roulement des exp riences ne sont indiqu s qu titre d exemple La responsabilit des exp riences et de leur d roulement incombe exclusivement la personne qui les r alise METTLER TOLEDO d gage toute responsabilit Les exp riences doivent tre r alis es
51. loitation La densit est tir e du quotient de la masse par le volume m pP y p densit la temp rature f m mosse V volume t temp raiure du liquide Conclusion Comme la densit des liquides d pend de la temp rature il faut indiquer la temp rature Pour les mesures tr s pr cises il faut galement faire une correction de pouss e d Archim de Remarque Pour les exp riences effectu es avec des l ves les liquides ne doivent tre ni agressifs ni toxiques Le t tra chlorure de carbone le benz ne ainsi que les acides et bases concentr es sont proscrire Th me de l exp rience Montage exp rimental Mode op ratoire Critique Action et r action Les forces apparaissent toujours par paires Lorsqu un corps exerce une force sur un autre ce dernier agit sur le premier avec une force oppos e a de m me grandeur b dirig e dans le sens oppos c selon la m me ligne d action Principe de l action et de la r action de Newton 2 1 balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g tabouret statif ou autre mat riel analogue corps suspendu b cher rempli de liquide p ex eau support l vateur balance no 2 comme ci dessus OO O1 B amp N a Mettre en marche les deux balances non charg es conform ment au mode d emploi b Suspendre un corps la balance sup rieure poser le b cher rempli de liquide et le pla teau r glable su
52. mieux adapt e la d monstration dans un laboratoire d enseignement Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g tr pied bec Bunsen triangle de terre cuite creuset en porcelaine si possible plusieurs exemplaires pince creuset carbonate de magn sium hydrog nocarbonate de sodium anhydre 1 Peser le creuset vide y doser env 0 5 g de carbonate de magn sium ou d hydrog no carbonate de sodium et peser nouveau 2 Chauffer alors avec pr caution le creuset sur flamme non clairante De la vapeur d eau et du dioxyde de carbone sont lib r s et s chappent du m lange r actif ce qu on peut constater la formation de crat res Il faut chauffer l chantillon avec pr caution au d but afin d viter des pertes de mati re par projections sous l effet du d gagement de gaz 3 Lorsque la r action se ralentit ce qui se manifeste par un moindre d gagement de gaz on chauffe violemment au rouge Arr ter le chauffage lorsqu on n observe plus de d gagement gazeux 4 Laisser refroidir jusqu la temp rature ambiante puis peser le creuset contenant le produit de r action 5 R p ter l essai avec des chantillons de 1g 1 5 g 2 g et 2 5 g 33 34 R sultats et exploitation Montage exp rimental 1 Porter sur un graphique les poids des r sidus en fonction des poids d chantillon Les points de mesure se situent sur une droite qui passe par l origine des coordonn es g r
53. mment de la quantit utilis e au d part La s rie de mesures montre en outre que les mesures individuelles pr sentent une certaine dispersion mais que l ensemble de la s rie donne un r sultat indiscutable Les points de mesure se r partissent sur une droite passant par l origine Pour le calcul de la formule brute on part des valeurs Cu 79 51 63 54g mol gt 1 251 gt 2 formule brute Cu2S S 20 49 32 06 g mol gt 0 629 gt 1 Th orie Mat riel Mode op ratoire D termination de la masse molaire d un gaz liqu fi Pour d terminer la masse molaire d un gaz on vacue un volume donn par exemple celui d un ballon d un litre robinet lat ral puis on le remplit du gaz en question et on d termine la masse de ce volume de gaz En ramenant le volume aux conditions normales temp rature T 273 K pression p 1013 mbar on obtient le volume du gaz sous les conditions normales Conform ment la loi g n rale sur les gaz 1 mole de n importe quel gaz occupe sous les conditions normales un volume de 22 4 dm3 II est alors facile de calculer la masse molaire Dans les exp riences pr sentes il ne s agit pas de d terminer la masse molaire d un gaz quelconque mais celle d un goz liqu fi Comme goz liqu fi nous utilisons le butane en ampoules qu on trouve partout dans le commerce Ces ampoules servent recharger les briquets L exp rience illustre d une part la m thode de d terminati
54. mule suivante cp param tre de portance d pendant de la forme A section apparente aire de la projection du corps sur Fp cp A 0 V2 un plan perpendiculaire la direction du courant 2 p densit del air v vitesse du vent vitesse relative de l air par rapport au corps Etudier la portance en fonction de la vitesse de l air Tableau avec v Fp graphiques R p ter ventuellement avec un autre profil et un autre angle d incidence c Choisir une vitesse de l air constante pour les mesures suivantes l endroit du profil elle sera V Mesurer la portance en fonction de l angle d attaque d abord pour planchette puis pour l aile portante 23 24 Temps n cessaire Exploitation Conclusion Planche te Aile portante 90 ye 90 d Force de r sistance elle aussi est proportionnelle la pression dynamique Dayn v2 donc FR v2 Le v rifier autant que possible e Comme le courant d air ne frappe pas seulement le corps tudi mais aussi son support il faut mesurer FR support dans un essai pr liminaire sans le corps c d avec le support seul Les mesures Fr totale ult rieures doivent tre corrig es Fr mod le Fr totale Fr support f Pour les mesures suivantes r gler nouveau la vitesse de l air frappant le corps comme plus haut v v Puis mesurer la r sistance Fr totale en fonction de l angle d attaque pour la planchette et
55. nsit s de d bit Etablir un tableau avec F A AV V En admettant en premi re approximation et donc de fa on pas enti rement exacte que chaque particule d eau est anim e de la m me vitesse de d placement AVI At i 1 V V on obtient pour le volume qui passe dans l intervalle de temps t par la section A V A v f La masse correspondante m p V poss de une quantit de mouvement p v m p A v2 t Elle est d abord horizontale puis dirig e vers le bas Au cours du temps fla force CF du tuyau entraine donc une impulsion vers le bas F f p p A v2 f AV AF 2 A Am Af 2 F Am AP 2 3 g PAg F p A v2 p et la lecture sur la balance ST a F 204 M y 100 50 20 10 5 2T Am Af 1 i E i 10 20 50 100 200 g s Am AT 99 8g s Peau 1 00 g cm Atuyau T 0 40 cm 2 g 981 cm s toutes la m me vitesse Conclusion Exemple de valeurs Eau dans le seau Valeur lue sur la balance F Am At Am Af mM 1028g 43 6s 23 6g s 1 2 0 2g 2210g 46 5s 47 5g s 4 85 0 2g 1420g 20 1s 7 706g s 10 0 g 3140g 34 2s 91 8g s 17 5 g 1996g 20 0s 998g s 200 0 2g 2401g 19 9s 120 7g s 30 1 g 2566g 18 3s 140 2g s 41 0 g 3380g 16 2s 208 6g s 91 0 5g 3244g 11 7s 276 6g s 157 0 4g La relation d termin e par mesure entre Am Atet I F se repr sente pr f rentiellement sur papier bi logarithmique Une droite de pente gale
56. ntage exp rimental Force d flectrice Pour changer la direction d un courant il faut appliquer une force normale c est dire perpendiculaire sa direction d coulement Etudier la force qui d vie l eau traversant un tuyau courb en angle droit Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g Tuyau de mati re plastique diam tre ext rieur p ex 12 mm int rieur 8 mm longueur selon les besoins Raccord de tuyau sur le robinet d eau Premier tuyau guide d environ 20 cm de long diam tre int rieur peine sup rieur au diam tre ext rieur du tuyau souple Statif anti d rapant et pinces pour maintenir le tuyau en position horizontale Seau en moti re plastique 5 litres Balance METTLER TOLEDO p ex plage de pes e O 6 kg ou prouvette gradu e 1000 mL Chronom tre Deuxi me tuyau guide sur support en bois pour fixer le tuyau sur la balance p ex 180 1 Tuyau souple mati re plastique 2 Premier tuyau guide fix au statif 4 3 Deuxi me tuyau guide mont sur un support en bois 4 Poids retenant 3 sur la balance 5 Seau en mati re plastique 6 Evier Consid rations th oriques Mode op ratoire Exploitation Fixer le premier tuyau guide l aide du statif la m me hauteur que le second Le support en bois de ce dernier ne doit pas pouvoir glisser sur la balance le cas ch ant le charger d un poids additionnel Un tuyau plus long est plus facile
57. on de la masse molaire et sert d autre part d introduction la st chiom trie et aux lois sur les gaz Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g bac eau avec prou vette gradu e de 1 litre pour recueillir le gaz tuyau fin tube recourb pipette piston 100 ml ou 200 ml statif pince barom tre thermom tre ampoule de gaz liqu fi Mesures l aide du bac eau 1 Remplir d eau le r cipient qui doit recevoir le gaz ici une prouvette gradu e de 1 litre le fermer par un bouchon en caoutchouc et le renverser dans le bac eau ouverture vers le bas 2 Ouvrir l prouvette gradu e sous l eau Il ne doit pas p n trer d air dans l prouvette gradu e 3 Fixer l prouveite gradu e au statif de mani re m nager un espace d env 1 cm entre son bord d ouverture et le fond du bac 4 Peser l ampoule de gaz 5 A l aide du tube recourb raccord l ampoule de gaz par un tuyau fin amener env 800 900 ml de gaz dans l prouveite gradu e 6 Comme le gaz se d tend la sortie de l ampoule il se refroidit avant de revenir la temp rature ambiante Avant de lire le volume de gaz final il faut attendre environ 5 minutes 7 Peser nouveau l ampoule pendant ce temps 8 Calculer la quantit de gaz contenue dans l prouvette gradu e prouvette gradu e tuyau court ampoule de gaz tube recourb bac eau 37 38 R sultats et exploitation
58. papier de 100 cm de surface par exemple 45 46 Extension de l exp rience Remarques Exemple Branche de P largonium temps poids du r cipient diff rence avec branche et eau de poids O min 108 187 g 5 min 108 135 g 52 mg 65 min 107 585 g 550 mg Poids de la surface foliaire sur papier 2 927 g Poids de l chantillon de papier 1 172 g 100 cm poids de la surface foliaire sur papier 100 252 cm2 poids de l chantillon de papier Surface foliaire en cm2 Transpiration sp cifique perte de poids par cm et par min perte de poids 602 temps en min surface foliaire 65 252 0 0370 mg cm 2 min 1 II est possible de simplifier les op rations en rapportant la perte d eau la masse v g tale quantit d eau transpir e par g de poids frais et par minute La comparaison entre diverses plantes est ainsi plus rapide Des rameaux entrepos s l obscurit sont rapidement apport s sur la balance la transpira tion augmente avec l ouverture des stomotes D terminer la transpiration sp cifique de diverses plantes On peut combiner cette exp rience avec des coupes de microscopie transversales de feuilles Pour une m me plante on peut modifier les facteurs d environnement air humide cloche de verre tapiss e de papier de soie mouill ou le caisson de protection voqu plus haut ferm par un couvercle air sec ambiant air chaud lampe chauffante air agit s choir cheveux Placer
59. par les mousses A titre de comparaison on peut aussi tudier de mani re analogue l absorption et la lib ration de l eau par les champignons et les lichens Buts Mat riel Mode op ratoire Teneur en eau et en cendres de divers organes v g taux Les exp riences se pr tent bien l enseignement par groupes et visent les buts p dagogiques suivants donner un aper u de la composition des v g taux se familiariser avec les m thodes d analyse illustrer les notions de poids frais poids sec teneur en eau en mati re organique et min rale teneur en cendres Les l ves devraient tre familiers avec les connaissances suivantes absorption d eau et de sels min raux photosynth se respiration connaissances de base en chimie Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage d au moins 0 01 g Bo tes de P tri ou b chers Coupelles de porcelaine Bec de gaz avec tr pied triangle de terre cuite tige de magn sie ou de verre ventuellement un four moufle Mat riel v g tal comme p ex feuilles oignons racines fruits La description suit le sch ma suivant teneur en eau substrat organique poids frais poids sec substrat min ral dessiccation combustion balance balance balance Peser le mat riel v g tal qui doit tre aussi frais que possible et le porter rapidement l tuve S cher
60. pr sente par exemple sous la m me forme cristalline ce qui n est pas le cas ici le sulfure de cuivre est un compos non st chio m trique Cette exp rience est malgr tout pr cieuse d un point de vue p dagogique La syn th se se fait partir du m tal cuivre et du m tallo de soufre Il se forme du sulfure de cuivre cuivre soufre sulfure de cuivre CU S gt CuS La synth se est r alis e avec une quantit exactement connue de cuivre et un exc s de soufre afin d tre s r que tout le cuivre r agit avec le soufre D s que le soufre a fondu il r agit imm diatement avec le cuivre L exc s de soufre se sublime ou br le en donnant du SO2 lib r sous forme de gaz soufre oxyg ne dioxyde de soufre S O gt SO2 Le dioxyde de soufre est toxique Il faut donc travailler sous une hotte La r action s effectue dans un creuset en porcelaine Apr s la pes e du r sidu on d termine le rapport du cuivre mis en oeuvre et du soufre combin le pourcentage des l ments du compos et la formule brute Faire au moins trois essais si possible de nombreux essais ind pendants les uns des autres Une repr sentation graphique augmente la pr cision de l exploitation Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g tr pied bec Bunsen creuset en porcelaine avec couvercle pince creuset triangle de terre cuite t le de cuivre fleur de soufre 1 D couper des morceaux d env 0 5
61. prim a g masse de CO2 b g 1 g de CO2 d gag correspond une teneur de 1 91 g de NaHCO3 b g de CO2 d gag s correspondent une teneur de 1 91 b g de NaHCO3 La teneur du comprim en NaHCO3 en pourcent est de ES Les valeurs suivantes ont t trouv es lors d un essai masse du comprim a 4 38 g masse de CO2 b 0 23 g La teneur du comprim en NaHCO3 et en pourcent est de 1 91 0 23 100 y _ _ 109 1 38 10 03 10 Th orie Mat riel Mode op ratoire R sultat et exploitation Exemple num rique Teneur en graisse du soja et de noix De nombreux produits alimentaires comme les graines de soja d arachide les noisettes les graines de tournesol etc contiennent des graisses v g tales qui sont relativement faciles extraire l aide d un solvant lipophile Ces produits jouent galement un r le important dans la production d huiles et de graisses alimentaires Afin de d terminer la teneur en graisses les noix graines ou f ves sont finement moulues et soumises une extraction par l ther de p trole l hexane ou d autres solvants Afin de lier l eau veniuellement pr sente on ajoute du sulfate de magn sium anhydre La graisse pure est obtenue par filtrage de la solution et vaporation du solvant puis elle est pes e Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g fiole d Erlenmeyer de 100 ml avec bouchon rodage ou prouvette gradu e th
62. r sidu de b 0 52 g de graisse ce qui correspond une teneur en graisse d environ 70 29 30 Th orie Mat riel Mode op ratoire R sultat et exploitation Remarque D termination du carbonate de calcium dans des chantillons de roches et de sols Le carbonate de calcium d chantillons de roches ou de sols peut tre d termin en le faisant r agir avec l acide chlorhydrique se forme alors du chlorure de calcium de l eau et du dioxyde de carbone Ce dernier s chappe de la solution de r action et est pes CaCO3 2 HCI Ca2 2 Cl H20 CO2 Cette m thode de d termination est simple et assez pr cise Balance de pr cision METTLER TOLEDO pr cision d affichage 0 01 g fiole d Erlenmeyer de 100 ml HCI concentr eau distill e poire en caoutchouc chantillon de calcaire env 1 g 1 Mettre environ 8 mL d HCI concentr et environ 10 ml d eau dist dans la fiole d Erlenmeyer 2 Placer la fiole d Erlenmeyer avec l acide chlorhydrique sur la balance et tarer 3 Poser l chantillon de calcaire c t de la fiole sur le plateau de la balance d terminer la masse ef tarer nouveau 4 Immerger ensuite l chantillon de calcaire dans la solution Il produit aussit t une intense r action avec d part de dioxyde de carbone 5 Apr s la fin de la r action envoyer un peu d air au dessus de la surface de la solution l aide de la poire en caoutchouc et d une pipette afin de ch
63. r Toledo HK Ltd Kowloon T l 852 2744 1221 Fax 852 2744 6878 Mettler Toledo India Pvt Ltd Mumbai 400 072 T l 22 2857 08 08 Fax 22 2857 50 71 Mettler Toledo S p A l 20026 Novate Milanese T l 02 333 321 Fax 02 356 29 73 Mettler Toledo K K Tokyo 102 0075 T l 3 3222 7101 Fax 3 3222 7115 Mettler Toledo Asie Centrale 480009 Almaty T l 07 3272 980 834 Fax 07 3272 980 835 Mettler Toledo M Sdn Bhd 40150 Selangor T l 603 784 55 773 Fax 603 784 58 773 Mettler Toledo S A de C V M xico C P 06430 T l 55 5547 5700 Fax 55 5547 2128 Mettler Toledo A S N 1008 Oslo T l 22 30 44 90 Fax 22 32 70 02 Mettler Toledo B V NL 4004 JK Tiel T l 0344 638 363 Fax 0344 638 390 Mettler Toledo Sp z 0 0 PL 02 822 Warszawa T l 22 545 06 80 Fax 22 545 06 88 Mettler Toledo spol s r o CZ 100 00 Praha 10 T l 272 123 150 Fax 272 123 170 Mettler Toledo C I S AG 10 1000 Moskau T l 095 921 92 11 Fax 095 921 78 68 Mettler Toledo S Pte Ltd Singapore 139959 T l 65 6890 0011 Fax 65 6890 0012 Mettler Toledo SK 82104 Bratislava T l 02 434 27 496 Fax 02 433 37 190 Mettler Toledo d 0 0 SI 1236 Trzin T l 01 530 8050 Fax 01 562 1789 Mettler Toledo AB S 12008 Stockholm T l 08 702 50 00 Fax 08 642 45 62 Mettler Toledo Schweiz GmbH CH 8606 Greifensee T l 044 944 45 45 Fax 044 944 45 10 Mettler Toledo Pac Rim AG Taipei T l 2 2657 8898
64. r la balance inf rieure c Hisser le b cher de mani re faire plonger de plus en plus le corps suspendu dans le li quide Comme l indique la balance sup rieure le corps est repouss vers le haut par le liquide et semble s all ger La balance inf rieure indique que le liquide plus le b cher et le support l vateur est pouss vers le bas par le corps qui y plonge et semble s alourdir Les deux modifications ont exactement la m me ampleur d Le a N ga ive l emploi de deux balances lectroniques avec afficheur pour r troprojection peut para tre tr s co teux La seconde balance devrait cependant pouvoir se trouver facilement dans une autre sec tion technique dans un tablissement de taille moyenne Positive 1 Le montage est vident et ne n cessite pas d explications suppl mentaires 2 La mise en oeuvre de l appareillage est simple sans probl me particulier 3 La d monstration peut se faire sans perte de temps inutile 4 L attention des l ves reste soutenue parce qu on peut sans cesse faire varier la hau teur du support l vateur et obtenir par tarage successif autant de valeurs qui permet tent de v rifier la loi sans m me avoir recours au calcul mental 5 D autres exp riences concernant l action et la r action sont souvent plus confuses et exigent de longues explications b Z Le montage plus co teux est ainsi justifi But p dagogique Exercice Mat riel Mo
65. r la perte d eau en g partir du poids exact de l chantillon et du poids du r sidu 2 Repr senter graphiquement la perte d eau en fonction du poids d chantillon Les points de mesure devraient tomber sur une droite passant par l origine des coordonn es moyennant une certaine dispersion Ceci permet en m me temps de v rifier la pr cision des mesures 31 A g perte d eau 0 t t gt 1 2 3 4 g chantillon 3 De l quation de la r action et des rapports si chiom triques sel hydrat gt sel anhydre eau a D Ced chantillon r sidu perte d eau on tire le nombre x de mol cules d eau li es eau de cristallisation x C MMe _ _ 0 MMs ac 18 b 18 o MMsa repr sente la masse molaire du sel anhydre 4 Calculer x pour chaque essai et comparer aux donn es de la litt rature Exemple chiffr Les valeurs suivantes ont t trouv es lors d un essai avec du sulfate de cuivre II cristallis poids de l chantillon de sel a 2 48g r sidu b 1 57g perte d eau c a b g 0 91 g 0 91 159 5 ET p re TM Le sulfate de cuivre cristallise donc avec 5 mol cules d eau formule CUSO4 5 H20 32 Th orie Mat riel Mode op ratoire Thermolyse de sels On d signe par thermolyse la d composition d un corps sous l effet de la chaleur d compo sition thermique Les thermolyses peuvent se d rouler de mani re incontr l e et violente o
66. st obtenue enposant une plaque de polystyr ne isolante sur le plateau de la balance S assurer que la plaque de polystyr ne ne recouvre pas le plateau de la balance pour des raisons d interf rences lectrostatiques Tarer la balance avec le pycno m tre vide Pour remplir le pycnom tre le placer dans le b cher rempli d eau glac e et le fermer sous l eau l aide du bouchon ou d un thermom tre rodage Mesurer la temp ra ture de l eau Retirer ensuite le pycnom ire de l eau l essuyer et le porter sur la balance Noter la masse m de l eau Retirer le reste de glace de l eau et la r chauffer lentement Effectuer une nouvelle mesure de et de m environ tous les deux degr s entre O et 10 C ensuite par intervalles d environ 10 degr s Pour ce faire reverser chaque fois l eau du pycnom tre dans le b cher et bien m langer l eau Avec un pycnom tre en verre pyrex coefficient de dilatation lin aire 3 2 10 6 K talonn 20 C pour 50 cms on doit obtenir les r sultats suivants gem A jo de densit maximum 7 temp rature masse densit 100500000 EN ven C meng p en g cm o 0 998 S 0 49 991 0 999 84 LS 2 49 996 0 999 94 L 0 996 ida de 1 4 49 997 0 99997 Toa Le 6 49 996 0 999 94 N 8 49 992 0 999 85 ol R 10 49 984 0 999 70 N 20 49 910 0 998 21 0 990 AA 30 49 783 0 995 65 40 49 612 0 992 22 0 988 50 49 405 0 988 05 R H H H 0 4 10 20
67. t de sucre exp riences avec p ex 2 5 5 10 et 20g la nature du sucre le pH pr parer diverses solutions tampons l aide de phosphate de sodium et de dihydrog no phosphate de sodium et d terminer leur pH L optimum se situe en milieu l g rement acide l agitation dans quelle mesure une bonne agitation favorise t elle la fermentation les l ments nutritifs effet d extrait de viande de sulfate d ammonium et de dihydrog nophosphate de potassium dans le substrat les produits de conservation et d sinfectants on peut p ex tudier l acide sorbique comme produit de conservation en ajoutant diverses quantit s 100 250 500 1000 et 2000 mg de sorbate de potassium Afin d obtenir des r sultats comparables il faut veiller aux points suivants il faut toujours utiliser la m me sorte de levure et elle doit tre fra che il faut veiller saisir porter et reposer les fioles d Erlenmeyer avec le moins de secousses possible sinon les r sultats risquent d tre fauss s lorsqu on travaille diff rentes temp ratures il faut peser le plus rapidement possible afin de limiter le refroidissement ou l chauffement Allemagne Australie Autriche Belgique Br sil Canada Chine Cor e Croatie Danemark Espagne Etats Unis France Grande Bretagne Hongrie Hong Kong Indes Italie Japon Kasakhstan Malaisie Mexique Norv ge Pays Bas Pologne R publique T
68. t parfaitement possible gr ce une fiole d Erlenmeyer dans la salle de cours une autre dans l tuve et une troisi me dans le r frig ra teur Il n est cependant pas possible d tablir une courbe de fermentation compl te dans ces conditions Balance de pr cision METTLER TOLEDO avec pr cision d affichage de 0 01 g Levure de boulanger Glucose Fiole d Erlenmeyer de 100 ml avec bouchon perfor ferm par un l ger tampon d ouate Etuve et r frig rateur ou au besoin bain marie ou lampes chauffantes Verser 90 ml d eau de robinet dans la fiole d Erlenmeyer et ajouter 10 g de levure de boulan ger En faire une suspension en m langeant et en agitant Juste avant le d but de l exp rience et une fois que la suspension a atteint la temp rature voulue ajouter 5 g de glucose Effectuer la premi re pes e avec le bouchon puis la deuxi me pes e 10 minutes plus tard la troi si me au bout de 20 minutes etc Apr s chaque pes e il faut bien secouer la A suspension 105 00 poids total Lorsqu il s agit d tablir des courbes de de la suspension g fermentation typiques en deux heures de cours il est indispensable de travailler la valeur de temp rature optimale de 35 C 104 50 II est important d agiter soigneusement et de mani re aussi reproductible que pos sible Il faut agiter au moins une fois apr s chaque pes e Lorsque l exp rience se d 104 00 roule temp rature ambiante
69. u encore aux hautes temp ratures n cessaires la thermolyse il peut se produire des r actions secondaires ou parall les qui rendent une exploitation st chiom trique compliqu e voire impossible Pour des tudes st chiom triques on utilise pr f rentiellement des substances qui se d composent quantitativement lors d un chauffage mod r Les instructions exp rimen tales suivantes ont t test es sur deux substances mod les l hydrog nocarbonate de sodium et le carbonate de magn sium Pour des raisons cologiques et de s curit nous avons renonc l exp rience historique de thermolyse avec l oxyde de mercure II Par thermolyse de l hydrog nocarbonate de sodium il se forme du carbonate de sodium carbonate de soude avec limination d eau et d part de dioxyde de carbone 2 NaHCO AT NaCOz H20 CO2 Ce proc d joue un r le important dans la fabrication du carbonate de soude Au cours de la thermolyse de carbonate de magn sium il y a d part de dioxyde de carbone MgCO3 MgO CO2 Cette r action se d roule de mani re analogue celle de la pr paration de chaux vive partir du carbonate de calcium Cacos Al Cao CO2 La thermolyse du carbonate de magn sium constitue par cons quent une r action mod le de la calcination du calcaire pour la production de ciment La d composition de MgCOs en oxyde s effectue cependant plus basse temp rature de sorte que cette r action est

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