expérience de Franklin - Lycée Jacques Monod, CLAMART

Physique-Chimie 2nde
Lycée Jacques Monod
L’univers
EXPERIENCE DE FRANKLIN
Compétences :
- réaliser différentes mesures (masse, longueur, volume)
- donner un résultat correct (chiffres significatifs, unité)
Problème : comment déterminer expérimentalement l’épaisseur d’un film
d’acide stéarique à la surfacede l’eau pour en déduire l’ordre de grandeur de
la taille d’une molécule d’acide stéarique ?
Matériel disponible : cristallisoir, burette graduée sur support, bécher, pot de soufre en poudre,solution S
d’acide stéarique (dilué dans l’éther de pétrole), plaque de verre, feuille de papier A4, balance, feutre.
Nous avons tous entendu parler de Franklin, au moins comme l'inventeur du paratonnerre. Il fut aussi
l'ambassadeur des jeunes Etats-Unis en France sous Louis XVI. C'était un homme de grande culture et de
grande passion. Il s’intéressa à toutes les expériences que l'on faisait alors dans les "cabinets de
physique" de ce siècle des Lumières, et notamment aux effets de l'huile sur l'eau. Depuis les grecs, on sait
qu'un film d'huile, répandu sur la mer, tend à calmer les vagues. Franklin va au bord d'un étang (à
Clapham près de Londres) et verse, doucement, une cuillerée d'huile d'olive sur l'étang. [...] L'huile
s'étale, mais l'aspect optique de la surface ne change pas (car le film déposé est très mince par rapport à
la longueur d'onde de la lumière). Franklin arrive tout de même à reconnaître les régions qui sont
recouvertes : en l'absence d'huile, la brise créait des vaguelettes sur l'étang; en présence d'huile, on ne
voit plus de rides, la surface est lisse.
La peau de l'eau est devenue rigide ! Grâce à ce test, Franklin peut estimer assez bien la surface du film
d'huile. Elle est énorme: de l’ordre de 100 m2.
Cette expérience porte en elle-même un résultat considérable - qui ne sera pas exploité par Franklin, mais
seulement cent ans plus tard par Lord Rayleigh. Si l'on divise le volume d'huile par la surface d'étalement,
on trouve la hauteur du film - [..] cette hauteur, c'est (en gros) la taille des molécules d'huile.
Le texte ci-dessus est accompagné d’un dessin schématisant des molécules d’huile à la surface de l’eau.
Pierre Gilles de Gennes, prix Nobel de Physique 1991
Les objets fragiles (texte de J.Badoz) – Ed. : Plon/Pocket(1996), p.102-103
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L’univers
L'huile est formée de molécules se composant de deux parties bien distinctes : une partie hydrophile,
et une partie hydrophobe. Placée dans l'eau, les molécules vont se placer de telle sorte que la partie
hydrophile soit au contact de l'eau et la partie hydrophobe au contact de l'air. Ceci explique qu'une
petite quantité d'huile puisse couvrir une grande surface d'eau et le film ainsi créé a l'épaisseur d'une
seule molécule.
A partir des observations de Franklin et en supposant que la couche d'huile qui se forme à la surface
de l'eau est mono moléculaire, on déduit que la taille d'une molécule d'huile est de 2,4 nanomètres.
I. MANIPULATION :
Lorsqu'on verse une goutte de la solution S à la surface de l'eau l'éther de pétrole très volatil
s'évapore pendant que l'acide stéarique restant forme une mince pellicule continue à la surface de
l'eau, repoussant ainsi le soufre.
Remplir le cristallisoir d'eau et attendre que la surface de
l'eau ne bouge plus.
Saupoudrer de soufre la surface de l'eau : la couche doit
être uniforme et peu épaisse.
Centrer délicatement la burette au dessus du cristallisoir.
Faire tomber une goutte d'acide stéarique (dilué dans
l'éther de pétrole).
Poser délicatement une plaque de verre sur le cristallisoir
et y dessiner les contours de la tâche d'acide stéarique.
Par transparence reproduire la tâche sur une feuille de
papier, découper la tâche.
Donnée : 1,0 mL de solution S contient 1,025 × 10-3 mL
d'acide stéarique
II. EXPLOITATION : INDIQUER TOUS LES CALCULS EFFECTUES
1) Surface de la tache :
Déterminer la surface et la masse d'une feuille A4.
Peser la tache découpée. En déduire sa surface.
2) Volume de la tache d'acide stéarique déposée à la surface de l'eau :
Compter le nombre de gouttes qui s'écoulent lorsque l'on fait couler 1,0 mL de solution S de la
burette.
En déduire le volume d'une goutte.
Calculer le volume d'acide stéarique contenu dans une goutte de solution S.
3) Longueur d'une molécule d'acide stéarique :
Déterminer la longueur, en mètre, d'une molécule d'acide stéarique.
En déduire l'ordre de grandeur de la longueur d'une molécule d'acide stéarique..