Taille d'une molécule d'huile

[invite3d2e724e]

Bonjour à tous !
J'ai un petit exercice qui me pose problème. J'ai effectué une expérience pour mesurer la masse d'une goutte d'huile (Solution S0).
Résumé : Je laisse tomber une goutte d'huile dans de l'eau saupoudrée de talc, pour bien voir la tâche. En premier lieu, la goutte couvre l'eau et en second lieu, la tâche se rétracte. J'ai estimé la surface de cette tâche : 42 cm2.
1 cm2 de solution S0 = 45 gouttes.

Seulement voilà, il y a certaines questions où je bloque :
( les trois premières n'ont rien à voir avec l'expérience ci-dessus )

> En appelant v le volume de la cuillérée d'huile, s l'aire de la pellicule d'huile et e l'épaisseur de la pellicule, donner la relation existant entre ces trois grandeurs.

> Estimer v, et sachant que une are vaut 100 m2, calculer e.

> Pourquoi utiliser une solution d'huile dans un solvant soluble dans l'eau et non de l'huile pure ?

> Pourquoi la tâche se rétracte-t-elle dans un second temps ?

> Calculer le volume d'huile dans une goutte à l'aide du volume d'une goutte mesuré précédemment et du pourcentage de l'huile dans la solution S0.

> A l'aide de l'aire de la tâche, calculer l'épaisseur de la couche d'huile, donc l'ordre de grandeur de la longueur d'une molécule d'huile. L'exprimer en nanomètres.

> Quelle aurait été l'aire de la tâche si l'huile avait été utilisée non diluée ?

> Quelle est la principale source d'erreur dans cette expérience ? Que proposez-vous pour y remédier ?

La première question : V = S x e
La seconde question, j'ai déjà vérifié le résultat, donc pas de problème avec celle-ci =)
La troisième question : Dissoudre et diluer. Ainsi on prend moins de place avec l'huile si c'est pour couvrir une surface pour calculer la taille de la molécule.
Pour la quatrième question, je pense que c'est à cause d'un effet magnétique, je n'en suis pas tout à fait sûre. Ou j'ai pensé à des charges négatives et positives qui s'attiraient. Mais je crois que je pars loin.
A partir de là, je suis complètement perdue, je n'arrive pas à appliquer. Pouvez-vous m'aider en m'expliquant que faire ?

Lunya.
-----

[inviteb21357a5]

Bonjour !

D'abord je te pose une question : à quel niveau d'étude es-tu ? C'est un exercice intéressant (c'est rare et précieux) mais pas forcément facile...

Tu as évidemment bon pour les deux premières questions qui sont bêtes comme tout. Ensuite ça se corse.

> Pourquoi utiliser une solution d'huile dans un solvant soluble dans l'eau et non de l'huile pure ?

La troisième question : Dissoudre et diluer. Ainsi on prend moins de place avec l'huile si c'est pour couvrir une surface pour calculer la taille de la molécule.

Ce n'est pas clair du tout pour moi, je ne comprends pas ce que tu veux dire... À mon humble avis, c'est plus simple : une goutte d'huile "pure" ça fait beaucoup d'huile. Si on met trop d'huile à la surface du récipient, on va couvrir complètement la surface et donc on ne pourra rien mesurer. En utilisant une solution d'huile, on peut avoir moins d'huile dans la goutte, et donc ne pas couvrir toute la surface. Juste couvrir assez pour pouvoir mesurer la tache.

> Pourquoi la tâche se rétracte-t-elle dans un second temps ?

Pour la quatrième question, je pense que c'est à cause d'un effet magnétique, je n'en suis pas tout à fait sûre. Ou j'ai pensé à des charges négatives et positives qui s'attiraient. Mais je crois que je pars loin.

Je le crains aussi... Je pense que c'est tout simplement que ton solvant met un certain temps à se dissoudre dans l'eau. Tant qu'il n'est pas dissout, la tache contient du solvant et de l'huile et elle est donc plus large. Au fur et à mesure que le solvant se dissout, la tache diminue jusqu'à ce qu'il n'y ait plus que de l'huile dans la tache !

> Calculer le volume d'huile dans une goutte à l'aide du volume d'une goutte mesuré précédemment et du pourcentage de l'huile dans la solution S0.

Si c'est un pourcentage volumique, c'est facile ! Sinon il faut faire intervenir la densité...

> A l'aide de l'aire de la tâche, calculer l'épaisseur de la couche d'huile, donc l'ordre de grandeur de la longueur d'une molécule d'huile. L'exprimer en nanomètres.

Il y a un phénomène à connaître ici : l'huile à la surface de l'eau forme une monocouche, avec la tête hydrophile en bas (en contact avec l'eau) et les bras hydrophobes en l'air, à la verticale, alignés comme des épis dans un champ... Y'a pas à dire, c'est beau la physico-chimie ! Donc l'épaisseur de la couche d'huile n'est rien d'autre que la longueur d'une molécule d'huile

> Quelle aurait été l'aire de la tâche si l'huile avait été utilisée non diluée ?

Si je ne me trompe pas, la même.

> Quelle est la principale source d'erreur dans cette expérience ? Que proposez-vous pour y remédier ?

Alors là je sèche. L'imprécision de la mesure de la surface ?

Bon, mes réponses ne sont que des suggestions...

[moco]

J'ai fait plusieurs fois cette expérience en classe. On prend toujours une solution très diluée d'huile, car si on ne prenait qu'une seule goutte d'huile pure, on obtiendrait une tache absolument gigantesque.
Les molécules d'huile sont considérées comme des bâtonnets longs et minces, qui s'alignent à la surface de l'eau de manière à former une couche monomoléculaire compacte, où tous les bâtonnets sont paralléles entre eux et perpendiculaires à la surface de l'eau.

Je vais faire un petit calcul avec des chiffres fantaisistes, mais pas ridicules.
Admettons que les bâtonnets aient 10 nm de long avec une base carrée de 2 nm.
Surface d'eau occupée par un bâtonnet = s = 4 nm² = 4 10^-18 m²
Surface de la tache S = 100 cm² = 10^-2 m²
Nombre de molécules de la tache N = S/s = 10^-2/4 10^-18 = 2.5 10¹⁵
Nombre de moles de la tache = n = N/N_o = 2.5 10¹⁵/6 10²³ = 4.1 10^-9 mole
Masse molaire de l'huile : 200
Masse de l'huile de la tache = 4.1 10^-9 200 = 8.2 10^-7 gramme.

Pour fire une tache de 100 cm², il faut déposer 0.82 microgramme d'huile pure. C'est un travail impossible à faire. Une goutte d'huile pèse environ 20 à 30 milligrammes, soit 30 000 fois plus.

Si on veut réaliser cette expérience, il faut diluer l'huile dans un solvant volatile comme l'hexane à raison de 1 millilitre d'huile dans plusieurs litres de solvant.

[inviteb21357a5]

Les molécules d'huile sont considérées comme des bâtonnets longs et minces, qui s'alignent à la surface de l'eau de manière à former une couche monomoléculaire compacte, où tous les bâtonnets sont parallèles entre eux et perpendiculaires à la surface de l'eau.

Attention à ne pas confondre les acides gras, qui correspondent bien à ton modèle de bâtonnets, et l'huile qui est constituée d'esters de ces acides gras et du glycérol... La plupart des huiles alimentaires sont constituées de triglycérides à 90% ! Ceci dit ça ne change pas grand chose à l'organisation des chaînes hydrophobes parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface de l'eau.

[A voir en vidéo sur Futura]