Le grand livre Étonnante chimie 1er cycle - Palais de la découverte

À découvrir sur cet espace …

Arkema et le Palais de la découverte
fêtent ensemble
l’année internationale de la chimie 2011.
Premier chimiste français, Arkema invente chaque
jour la chimie de demain : une chimie moderne
et responsable, tournée vers l'innovation pour
relever les défis du changement climatique,
de l'accès à l'eau potable, des énergies du futur,
de la préservation des ressources fossiles et
de l’allègement des matériaux.

Du 22 février au 15 mai,
découvrez sur cet espace
“Les liaisons secrètes des molécules”
3 expériences pour comprendre comment
s'opèrent les différentes liaisons en chimie :
• la liaison covalente
• la liaison hydrogène
• le panaché des deux : covalente/hydrogène
... et ce que deviennent les matériaux obtenus
dans la vie quotidienne.

...
...
LES LIAISONS SECRÈTES
Quel est le point commun entre ces objets ?
Ils sont tous issus du même matériau : le caoutchouc.“ L'élasticité du caoutchouc naturel ne va pas
de soi ! ” Ce matériau possède à la base quelques inconvénients. Il devient cassant lorsqu'il fait froid
par exemple ! Les chimistes ont réussi à obtenir un nouveau caoutchouc plus élastique et plus
résistant en le soumettant à de nouveaux réactifs. Il développe une extraordinaire souplesse et nous
rend bien des services dans notre vie quotidienne.
Pour comprendre, voici une expérience :
1 / au départ
Four
Quelle est la réaction chimique ?
H H H H
C C C C ...
H H H H
R O O R Peroxyde
H H H H
C C C C
H H H H
...
On chauffe à 200°C pendant 6mn.
Masse de pressage
Polymère + peroxyde
Polymère
Après 6 mn à 200°C
Polymère
Expérience n°1
La réticulation, ou formation de liaisons chimiques grâce aux molécules de peroxyde,
change les propriétés physiques et permet d’obtenir un matériau élastique.
C : atome de carbone
O : atome d'oxygene
H : atome d'hydrogène
R O H + H O R
...
...
H H H H
C C C C ...
H H H
H H H
C C C C
H H H H
R : groupes d'atomes de carbone,
d'hydrogène et autres.
: liaison covalente
2 / au final
Four
...
Masse de pressage
Caoutchouc
synthétique
= élastomère
On a réussi à lier les deux
chaînes de carbone avec
une liaison chimique dite
liaison covalente.

DES MOLÉCULES
Réticulation et liaisons covalentes
Une anecdote
La découverte du miracle de la vulcanisation ? Un hasard !
A la fin du XVIII ème siècle, l’un des
enfants de Charles Goodyear joue avec
un morceau de caoutchouc recouvert de
fleur de soufre et le fait tomber sur un
poële à bois : il s’enflamme. Indisposé
par l’odeur, Charles Goodyear jette le
morceau par la fenêtre : il atterrit dans
la neige.
Le lendemain matin, il constate que
le caoutchouc est devenu beaucoup plus
élastique qu’il ne l’était. Goodyear est
devenu l’un des principaux fabricants
de pneumatiques au monde !
... à savoir
La vulcanisation,
un exemple de réticulation.
La vulcanisation est un procédé de cuisson à haute
température qui permet de créer des ponts entre les
macromolécules du caoutchouc naturel.
Les chaînons de macromolécules compris entre
deux ponts se comportent comme des “ressorts”.
Grâce à la vulcanisation, le caoutchouc résiste
mieux aux changements de température et possède
une meilleure élasticité.
Les activateurs de vulcanisation (oxyde de zinc,
acide stéarique) et des accélérateurs (sulfénamides,
thiurames…) facilitent la réaction.

Agitateur
Bécher
LES LIAISONS SECRÈTES
Quel est le point commun entre ces éléments ?
Ils sont tous visqueux comme le Slime®. Le Slime® est un matériau au comportement pour le
moins curieux qui conjugue deux types de liaisons chimiques : des liaisons chimiques solides,
dites covalentes, et des liaisons physiques fragiles, dites liaisons hydrogène.
Pour comprendre, voici une expérience :
Poly-alcool + eau
Agiter quelques secondes
Quelle est la réaction chimique ?
Poly-alcool
Borax + eau
Expérience n°2
Slime ®
Bulle d'air
En penchant le bécher on
constate que le produit est
très visqueux.
L'ajout de la solution de Borax dans la solution de poly-alcool permet d'obtenir un produit très
visqueux grâce à la formation des liaisons hydrogène.
HO HO
OH
HO
OH
OH
OH
OH
HO
OH
HO
HO
HO
HO
B
OH
OH
OH
OH
Poly-alcool + Borax
OH
OH

DES MOLÉCULES
Liaisons hydrogène et Slime ®
Une anecdote
Plusieurs millions de tonnes produites
pour amuser les enfants
Alors qu’un ingénieur de General Electric
cherchait un substitut au caoutchouc pendant
la 2 ème guerre mondiale, il découvre ce produit
en mélangeant de l’huile de silicone avec de
l’acide borique. Mais le produit ne répond pas
à ses attentes.
Il est abandonné pendant 6 ans jusqu’à
ce qu’un fabricant de jouets le remarque
et crée le “ Slime ® ”, cette substance gluante
qui donne tant de frissons à nos enfants dans
les cours de récréation !
... à savoir
Le Slime ® , ni un solide, ni un liquide mais qu’est-ce que c’est ?
Ce n’est pas un solide car il épouse les parois du
récipient dans lequel on le verse.
Mais attention ! Lorsqu’on tire dessus d’un coup
sec, il se casse net. Il n’est pas véritablement
liquide, mais visqueux, et s’étale lorsqu’on le
pose sur la table. Les liaisons hydrogène n’étant
pas très fortes, elles sont réversibles : les deux
morceaux de Slime ® se reforment en un morceau
lorsqu’on les rassemble.

LES LIAISONS SECRÈTES
Demain, une nouvelle vie pour tous ces objets
Quelle est la réaction chimique ?
C O H N ou C OH O C
Les motifs représentent les liaisons hydrogène. C’est ici une liaison
20 fois moins forte que la liaison covalente du caoutchouc. Elle permet de
lier des atomes d’hydrogène avec des atomes d’oxygène ou d’azote.
On la représente en pointillé entre deux atomes.
Expérience n°3
Un élastomère auto-réparant est un mélange de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote.
Grâce à ses propriétés, demain nous prolongerons la vie de nos objets préférés et réduirons
ainsi notre consommation de matériaux.
Pour comprendre, voici une expérience :
Lame de cutter
Liaisons hydrogène
On coupe le caoutchouc On le répare automatiquement
par simple contact.

DES MOLÉCULES
Panaché de liaisons
sur élastomères auto-réparants
Une anecdote
Une histoire sans queue ni tête !
Pour faire la démonstration des propriétés autoréparantes
du caoutchouc supramoléculaire,
les chercheurs ont eu l’idée de mouler un petit
lézard avec ce matériau. On lui couperait la
queue et elle se recollerait.
Au cours d’une démonstration, un client un peu
perplexe sur la résistance mécanique du
matériau s’est amusé avec le lézard, coupant
et recollant à plusieurs reprises sa queue et
sa tête en les inversant ! Le pauvre lézard avait
été transformé en monstre au nom de l’exigence
technique. Les chercheurs ont à leur tour joué au
chirurgien et rendu au lézard sa forme initiale.
... à savoir
Un caoutchouc bio-sourcé
Dans la nature on trouve de nombreux
assemblages supra-moléculaires c’est-à-dire
liés par liaisons hydrogène : l’eau solide et
liquide, l’ADN, les protéines, etc. C’est en
s’inspirant de la nature que les chercheurs ont
mis au point cet élastomère auto-réparant,
un composé obtenu à partir de ressources
biologiques comme des oligomères d’acide
gras : huile de pin, huile de colza.

Cette exposition
vous est proposée par le
Palais de la découverte
en partenariat avec :
Crédits photos : Arkema, Fotolia, Thinkstockphotos