La bouteille bleue

La bouteille bleue
Par , le (édité le 12/03/2017)

Ce qu'il te faut

  • 20 g de glucose (en poudre ou en sirop)
  • 20 g de soude (débouche-évier en granules)
  • Quelques gouttes de bleu de méthylène (s'utilise dans les aquariums)
  • 2 bouteilles de 1 L
  • 1 bouteille de 0,5 L
  • 2 tasses
  • 2 cuillères à café
  • Un verre gradué
  • Une balance (précision de 1 g)
  • Un marqueur permanent épais
  • Des gants et des lunettes de protection
Adulte Réalise cette expérience en présence d'un adulte.
Corrosif Danger de brulures par produits corrosifs. Utilise des éléments de protection adaptés (gants, lunettes, etc.).

Introduction

Voici une expérience de chimie sur les changements de couleur. La "bouteille bleue" contient un liquide aux propriétés étranges. Initialement incolore, il devient bleu lorsqu'il est secoué. Quelques secondes après il redevient incolore et il est possible de répéter l'expérience. Tout se passe comme si secouer la bouteille faisait avancer une réaction chimique, mais qu'au repos, la réaction se produisait à l'envers pour revenir à l'état initial.

Evolution de la couleur du liquide après agitation
Le liquide, d'abord incolore, devient bleu après agitation, puis redevient incolore en une minute environ.
Expérience de la bouteille bleue (vidéo accélérée d'un facteur 3).

Expérience

A propos des ingrédients

Soude

C'est l'ingrédient principal des recettes de débouche-évier. Un débouche-évier indiqué "à base de soude" et sous forme de poudre ou de granules devrait faire l'affaire.


Glucose

Du sucre en poudre ordinaire ne convient pas pour l'expérience. Le glucose se trouve en grande surface ou dans des magasins de pâtisserie. Il est généralement vendu sous forme de sirop. Le glucose en poudre est plus facile à manipuler mais l'expérience marche aussi avec du glucose en sirop.


Bleu de méthylène

On en trouve dans des magasins d'accessoires pour aquariums sous forme de poudre ou de liquide concentré. Les deux formes conviennent pour cette expérience.


Attention avec les produits chimiques

La soude et les solutions de soude de cette expérience sont corrosives, en particulier pour les yeux et la peau. Utilise des gants et des lunettes lorsque tu manipules le débouche-évier et les solutions de soude. En cas de contact avec les yeux ou la peau, suis les recommandations indiquées sur la bouteille de débouche-évier.

Le bleu de méthylène est toxique. Lave-toi les mains à la fin de l'expérience.


Préparation des solutions

  • Remplis les deux grandes bouteilles avec 1 L d'eau chacune.

  • Au marqueur permanent, marque "Glucose" sur la première bouteille et "Soude" sur la deuxième.

  • Prépare la solution de glucose:

    • Pèse 20 g de glucose dans une tasse et verse-le dans la bouteille marquée "Glucose".

    • Ferme la bouteille et secoue-la bien pour obtenir une phase homogène.

  • Prépare la solution de soude:

    • Enfile les gants et les lunettes.

    • Pèse 20 g de soude dans une tasse et verse-la dans la bouteille correspondante.

    • Rebouche rapidement la bouteille et secoue-la pour dissoudre la soude. La dissolution de la soude est une réaction qui dégage beaucoup de chaleur et l'eau pourrait se mettre à bouillir à proximité des grains si tu ne secouais pas la bouteille!

Les solutions ci-dessus peuvent être conservées pour répéter l'expérience de la bouteille bleu plusieurs fois.


Préparation de la "bouteille bleue"

  • Avec les gants et les lunettes, verse 15 cL de solution de glucose dans la petite bouteille et 15 cL de soude.

  • Ferme la bouteille et secoue vigoureusement pendant 10 secondes.

  • Rajoute du bleu de méthylène goutte à goutte (ou par minuscules pincées s'il est en poudre) en mélangeant entre chaque goutte jusqu'à obtenir une teinte telle que sur l'image ci-dessous:

Bouteille bleue
  • Garde désormais la petite bouteille fermée. Tu peux enlever les gants et les lunettes.

Au bout d'environ 10 minutes au repos, le liquide devient incolore. La "bouteille bleue" est prête!


Expérience de la bouteille bleue

L'expérience est très simple: Il suffit de secouer la bouteille une ou deux secondes pour que le liquide devienne bleu. Et il suffit d'attendre environ une minute pour qu'il redevienne incolore. Observe maintenant l'interface entre le liquide et l'air lorsque le liquide est incolore. Tu devrais voir que, même dans l'état "incolore", il reste une fine épaisseur de liquide bleu près de l'interface entre l'air et la solution:

Interface air-liquide
Une fine couche de liquide bleu subsiste à la surface lorsque la bouteille est au repos.

Plus tu agites, plus il faut de temps pour redevenir incolore. En revenant à la couleur initiale, le système semble évoluer vers le même état qu'avant l'agitation, ce qui est contre-intuitif car une réaction chimique ne peut évoluer de manière spontanée que dans un sens (elle ne peut pas revenir en arrière).

En réalité, l'état après agitation est différent de celui avant l'agitation. Au bout d'environ 5 heures, le liquide incolore devrait devenir jaune. Il est alors toujours possible de secouer la bouteille pour qu'elle devienne bleue.

Au bout de 24 heures, le liquide est toujours jaune, mais secouer la bouteille ne permet pas de retrouver la couleur bleue. Le système a alors atteint l'équilibre final des réactions chimiques en jeu dans la bouteille.

Bouteille jaune
Bouteille après environ 24 heures.
Interface air-liquide après un jour
Un jour après le début de l'expérience, la bouteille reste jaune même après avoir été secouée et la fine couche de liquide bleu a disparu.

24 heures après le début de l'expérience, rouvre la bouteille. Referme-la 5 minutes plus tard. Le liquide est toujours jaune, mais si tu secoues, il devient bleu à nouveau! En ouvrant la bouteille, un des réactifs en jeu qui avait été consommé a été réintroduit dans la bouteille, ce qui permet de poursuivre une réaction chimique. Ce réactif est nécessairement contenu dans l'air.


Explication (simplifiée)

Le glucose subit une chaine de réactions incluant une réaction d'oxydation qui consomme l'oxygène qui est initialement dissout dans la solution. Cette réaction est plutôt lente et il faut quelques dizaines de secondes à quelques minutes pour consommer tout l'oxygène dissout, même en présence du bleu de méthylène qui catalyse (favorise) la réaction.

Le bleu de méthylène est un indicateur coloré rédox qui reflète ici combien d'oxygène est dissout dans la solution: il est bleu en présence d'oxygène dans la phase liquide et incolore lorsqu'il n'y a plus d'oxygène.

Lorsque la bouteille est préparée, la solution contient déjà de l'oxygène dissout et le glucose n'a pas eu le temps de réagir. La solution est donc bleue. Lentement, le glucose est oxydé et cette réaction consomme de l'oxygène jusqu'à ce qu'il n'y en ait plus: la solution devient incolore. Mais la bouteille contient également de l'air plein d'oxygène. En secouant la bouteille de l'oxygène de l'air se dissout dans la phase liquide: l'indicateur coloré redevient bleu. Comme il y a à nouveau de l'oxygène dans la solution, l'oxydation du glucose peut reprendre, jusqu'à épuisement de l'oxygène qui fait revenir la teinte à incolore et ainsi de suite. Petit à petit, de plus en plus de produits de la réaction sont présents dans la bouteille ce qui donne la couleur jaunâtre.

La fine couche bleue près de l'interface s'explique par la présence d'oxygène de l'air qui diffuse spontanément dans l'eau.

Après plusieurs heures, tout l'oxygène de l'air et du liquide est épuisé: il n'y a alors plus de fine couche bleutée et la bouteille reste jaune, même si on la secoue. En ouvrant la bouteille, l'air est renouvelé, et il y a à nouveau de l'oxygène dans la bouteille pour poursuivre l'expérience.


Vidéo supplémentaire

Vidéo identique à la première, mais à vitesse réelle.