La lumière liquide...
La lumière liquide
1. Introduction
Une expérience très spectaculaire où le mélange de deux liquides produit de la lumière, par le phénomène de chimioluminescence. Plusieurs couleurs peuvent être obtenues (rouge, orange, rose, jaune, vert, bleu foncé, bleu clair) selon les colorants ajoutés, comme on peut le voir dans certains colliers lumineux de fête ou bâtons lumineux de secours. Différentes réactions de chimioluminescence sont connues, celle-ci est particulièrement belle à réaliser et provoque l'émerveillement des spectateurs... et des animateurs !
2. Matériel
Verres ou gobelets transparents de 100 mL
Balance de précision
Réfrigérateur
Agitateur
Eau distillée
Luminol (5-amino-2,3-dihydrophtalazine-1,4-dione)
Hydroxyde de sodium (NaOH) en pastilles
Ferricyanure de potassium (K3[Fe(CN)6])
Eau oxygénée concentrée à 30% (= 130 volumes)
Substances fluorescentes colorantes (voir tableau ci-dessous)
3. Protocole expérimental
-Préparation et stockage des solutions
-Préparer un litre de solution A :
Dissoudre 40 g d'hydroxyde de sodium dans 1 L d'eau distillée, agiter si besoin est.
Ajouter 4 g de luminol (poudre brune) à cette solution, agiter jusqu'à complète dissolution.
-Préparer un litre de solution B :
Dissoudre 40 g environ de ferricyanure de potassium dans 1 L d'eau distillée.
-Conserver au frais et à l'abris de la lumière (réfrigérateur) les solutions A et B pour les expériences futures. Ces deux solutions peuvent être stockées pendant plusieurs mois si on respecte ces conditions. (Veillez à bien étiqueter les flacons afin d'éviter les accidents domestiques, surtout si vous stockez les flacons dans le frigo familial !).
-Juste avant l'expérience :
-Si l'on veut réaliser n démonstrations (n couleurs différentes par exemple), prendre n récipients transparents et placer dans chacun 50 mL de solution A. Ajouter éventuellement quelques traces de colorant selon la couleur désirée. Les mélanges de colorants ne sont pas plus spectaculaires.
-Dans un grand récipient, verser (n*50) mL de solution B et y ajouter au dernier moment (n*0,5) mL d'eau oxygénée concentrée (pas plus). Homogénéiser la solution C obtenue.
-Obscurcir complètement la salle puis répartir équitablement la solution C dans les n récipients de solutions colorées (50 mL dans chaque).
-Observer :
-les différentes lumières spectrales obtenues (couleurs) ;
-l'intensité lumineuse qui décroît au cours du temps ;
-qu'il n'y a aucun dégagement de chaleur accompagnant l'émission lumineuse ;
-l'apparition de petites bulles sur les parois du récipient ;
-que la lumière dure moins longtemps lorsque les solutions n'ont pas été refroidies.
4. Explications
-Oxydé en milieu basique, le luminol libère du diazote gazeux (N2) pour donner une molécule dans un état excité, c'est à dire dans un état électronique instable (symbolisé par l'étoile). Cette molécule va se désexciter pour retomber dans son état fondamental en émettant un photon (lumière), tout comme dans les expériences des flammes colorées et des mains lumineuses. Les photons émis se situant dans le domaine du visible, nous observons une lumière colorée.
-L'intensité de la lumière décroît car les réactifs se consomment au fur et à mesure de la réaction. Si toutes les molécules de luminol réagissaient en même temps, nous verrions alors un flash lumineux. L'observation de cette décroissance d'intensité lumineuse permet d'étudier la cinétique (vitesse) de la réaction.
-La réaction conduit à un processus radiatif (émission de lumière) et non à un processus thermique (émission de chaleur), ce qui explique pourquoi il n'y a pas de dégagement de chaleur. On qualifie souvent cette réaction de lumière froide par opposition à la lumière produit par une ampoule électrique (chaude).
-De petites bulles de diazote dégagé lors de la réaction peuvent être visibles sur les parois du récipient.
-Avec des solutions refroidies la réaction dure plus longtemps qu'avec des solutions à température ambiante. En effet, plus la température est importante et plus les molécules vont réagir vite (exactement comme dans une cocotte-minute où les aliments cuisent plus rapidement car l'eau est plus chaude). Certains vendeurs de fêtes foraines conseillent de placer les colliers lumineux au congélateur pour les "recharger", mais cela n'est pas vrai : la réaction chimique ne s'arrête pas, elle est juste ralentie. Une fois que les réactifs sont consommés la réaction s'arrête... pour toujours malheureusement !
5. Précautions
-Attention à l'eau oxygénée concentrée et à l'hydroxyde de sodium (soude caustique) qui provoquent de graves brûlures.
-Avant de mélanger les réactifs pour créer la lumière, prévoyez d'éteindre les lumières de la pièce pour obtenir une obscurité maximale.
-Le luminol est un produit assez cher (entre 7 et 20 euros le gramme selon les fournisseurs) donc profitez de chaque miette !
6. Illustration photographique
-À gauche, trois flacons contenant le luminol (solution A) et des colorants (de gauche à droite : fluorescéine, bleu de méthylène, mercurescéine) et solution oxydante C dans le gobelet. À droite, gros plan sur le premier flacon après ajout de la solution C : la lumière est produite et décroît en intensité durant une minute.
-Essais en prenant des solutions plus concentrées, sans colorant (à gauche) et avec fluorescéine (à droite).
-Essai en versant doucement la solution C dans la solution A (sans colorant), sans agiter.
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Voir : http://www.univ-pau.fr/~darrigan/chimie/exp20.html
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