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Bien que nous ne soyons peut-être pas capables de repérer nous-mêmes le monoxyde de carbone, nous avons des moyens de détecter le "tueur silencieux". Les détecteurs de monoxyde de carbone utilisent des réactions chimiques pour mesurer la concentration de CO dans l'air et nous alerter si son niveau devient trop élevé. Ces dispositifs qui sauvent des vies réduisent le risque d'empoisonnement accidentel dans nos maisons et nous permettent de dormir un peu plus tranquillement. C'est un excellent exemple de la façon dont nous pouvons bénéficier des tests de détection de gaz.
- Cet article est consacré aux tests de gaz en chimie.
- Nous te donnerons un aperçu des raisons pour lesquelles nous testons les gaz avant d'examiner de plus près comment nous identifions des gaz spécifiques, tels que l'hydrogène, l'oxygène, le dioxyde de carbone, le chlore, l'ammoniac et le dioxyde de soufre.
- Nous te donnerons ensuite quelques conseils pour t'aider dans tes expériences de test de gaz.
- Enfin, nous terminerons par un tableau récapitulatif pratique sur les tests de gaz pour rassembler tes connaissances.
Les tests de gaz en chimie
Les tests de gaz sont un exemple d'analyse chimique. Nous pouvons utiliser ces tests pour déterminer les gaz produits lors d'une réaction chimique. C'est pratique car cela donne aux scientifiques une indication sur le type de réaction en cours, ainsi que sur son mécanisme. Les tests de gaz peuvent également être utilisés dans des expériences pour confirmer une hypothèse. Par exemple, si tu voulais découvrir par toi-même quel gaz les plantes dégagent lors de la photosynthèse ? Tu pourrais recueillir le gaz dégagé et le tester, en utilisant les méthodes que tu vas apprendre aujourd'hui. Ou peut-être aimerais-tu savoir si un certain polluant est présent dans l'air ? Là encore, un test de gaz te sera utile.
Comme d'autres techniques d'analyse chimique (telles que la recherche d'ions), les meilleurs tests de gaz donnent un résultat clair, précis et unique pour le gaz ciblé, et ce gaz seulement. Tu veux qu'un test de gaz t'indique l'identité de ton gaz, sans condition ni ambiguïté ! Cependant, les tests de gaz simples que nous allons apprendre aujourd'hui ne sont pas très utiles pour les mélanges de gaz - ils conviennent mieux aux espèces pures. Garde cela à l'esprit si tu décides de faire des expériences toi-même.
Dans cet article, nous allons nous pencher sur le test de six gaz différents :
- Hydrogène (H2).
- Oxygène (O2).
- Dioxyde de carbone (CO2).
- Lechlore (Cl2).
- L'ammoniac (NH3).
- Dioxyde de soufre (SO2).
Nous visiterons chaque test tour à tour, en t'expliquant le processus et en te montrant un résultat positif. Pour certains gaz, nous ferons également une plongée en profondeur dans la chimie qui sous-tend la réaction. Nous verrons ensuite comment tu peux réaliser des expériences de test de gaz en classe et nous te donnerons des conseils utiles sur la collecte d'échantillons de gaz.
Vérifie auprès de ton jury d'examen quels sont les tests de gaz que tu dois connaître. Par exemple, tes examinateurs ne s'attendent peut-être pas à ce que tu puisses identifier le dioxyde de soufre (SO2). Cependant, cela ne veut pas dire que tu ne peux pas te renseigner sur ces tests - en savoir plus n'est jamais une mauvaise chose !
Test pour les gaz : Hydrogène
Le premier gaz que nous apprendrons à tester est l'hydrogène (H2). Bien que l'hydrogène soit l'élément le plus répandu dans l'univers, il ne représente qu'une infime partie de notre atmosphère. C'est parce qu'il est très léger - il s'élève simplement dans l'air et s'échappe dans l'espace. La masse relative de l'hydrogène a fait que, jusqu'au milieu du 20e siècle, il était souvent utilisé pour aider à maintenir la flottabilité des dirigeables. Cependant, l'hydrogène est également extrêmement inflammable, et la catastrophe du Hindenburg en 1937 a montré au monde entier à quel point les dirigeables à hydrogène peuvent être dangereux2. Nous exploitons l'inflammabilité de l'hydrogène lorsque nous essayons de l'identifier.
Voici comment tester la présence d'hydrogène :
- Tiens une bûchette allumée au-dessus de l'extrémité ouverte d'un tube à essai rempli de gaz.
- Si le gaz est de l'hydrogène, il brûlera avec un bruit sec. C'est pourquoi le test de détection de l'hydrogène est souvent appelé test du "bruit sec ".
Explication des tests de détection de l'hydrogène
Pourquoi l'hydrogène "éclate" lorsqu'il brûle, alors que d'autres substances inflammables ne le font pas ? C'est parce que l'hydrogène libère une énorme quantité d'énergie lorsqu'il brûle - encore plus que l'essence ou le charbon. Cette énergie fait que les particules se déplacent plus vite que la vitesse du son, ce qui crée un boom sonore - bien qu'en classe, tu utilises de si petites quantités d'hydrogène qu'il est difficile d'appeler le "pop grinçant" produit un "boom" !
Test de l'équation de l'hydrogène
Voici l'équation du test de l'hydrogène :
$$2H_2+O_2\rightarrow 2H_2O$$$.
Test pour les gaz : Oxygène
Presque tous les organismes complexes de notre planète ont besoin d'oxygène gazeux (O2 ) pour vivre. Les plantes et les algues produisent de l'oxygène par photosynthèse en exploitant l'énergie lumineuse du soleil ; les animaux, les bactéries, les plantes et les humains utilisent ensuite cet oxygène par respiration pour libérer leur propre énergie. Un adulte moyen absorbe environ 550 litres d'oxygène par jour, soit plus de 200 000 litres par an3! En clair, sans oxygène, nous mourrions. Après tout, c'est ainsi que l'empoisonnement au monoxyde de carbone nous tue !
Les réactions de combustion nécessitent également de l'oxygène. Nous nous en servons pour identifier l'oxygène gazeux. Pour tester la présence d'oxygène :
- Place une attelle inc andescente à l'intérieur d'un tube à essai rempli de gaz.
- Si le gaz est de l'oxygène, la bûchette se rallumera et s'enflammera.
Recherche de gaz : Dioxyde de carbone
Savais-tu qu'une étape de la production de sucre forme du carbonate de calcium, le même composé que l'on trouve dans les récifs coralliens, les coquilles d'œuf, le calcaire et le marbre ? Cette étape est utilisée pour éliminer les impuretés du sucre. De l'eau de chaux et du dioxyde de carbone (CO2 ) sont ajoutés à d'énormes réservoirs remplis de "jus" de sucre brut et laissés en place pendant une heure. Le dioxyde de carbone réagit avec l'eau de chaux pour former un précipité de carbonate de calcium, emprisonnant ainsi tous les contaminants. Le précipité et les impuretés sont ensuite éliminés.
Nous utilisons la même réaction pour tester la présence de gaz carbonique (CO2 ). Le carbonate de calcium formé rend l'eau de chaux claire trouble, ce qui indique un résultat positif. Voici comment procéder :
- Fais barboter un gaz dans un tube à essai contenant de l'eau de chaux claire.
- Si le gaz est du dioxyde de carbone, l'eau de chaux deviendra trouble.
Test pour les gaz : Le chlore
Tous les gaz que nous avons rencontrés jusqu'à présent étaient incolores et inodores. Ils sont donc difficiles à identifier. Le chlore gazeux (Cl2), en revanche, est un peu plus facile à repérer. Il s'agit d'un gaz jaune-vert qui dégage une odeur âcre de désinfectant qui peut te rappeler les piscines. Cependant, pour être sûr d'avoir réellement du chlore entre les mains, nous pouvons effectuer un test d'identification simple.
Pour tester la présence de chlore :
- Insère du papier tournesol bleu humide dans un tube à essai rempli de gaz.
- Si le gaz est du chlore, le papier tournesol blanchira.
Explication du test de dépistage du chlore
Tu remarqueras peut-être que le papier tournesol bleu humide devient rouge avant de blanchir. C'est parce que le papier tournesol te renseigne sur le pH d'une solution. Voici ce qui se passe :
- Le chlore gazeux réagit avec l'eau sur le papier humide pour produire de l'acide chlorhydrique (HCl). Le papier devient alors rouge.
- La réaction entre le chlore gazeux et l'eau produit également l'ion hypochlorite (ClO-). Le ClO- est un agent de blanchiment qui peut tuer les micro-organismes, c'est pourquoi nous ajoutons du chlore dans les piscines (d'où l'odeur). Le ClO- blanchit également le papier tournesol, en enlevant sa couleur et en rendant le papier blanc.
- Tu dois savoir que le gaz dioxyde de soufre blanchit également le papier tournesol bleu humide. Ce n'est pas grave - nous pouvons utiliser du bichromate de potassium acidifié pour faire la distinction entre le chlore et le dioxyde de soufre, comme tu le découvriras plus loin dans cet article.
- Tu rencontreras probablement à nouveau le papier de tournesol lorsque tu apprendras ce que sont les acides et les alcalis. Les acides ont un pH faible et font donc virer le papier tournesol aurouge, tandis que les alcalis ont un pH élevé et font virer le papier tournesol au bleu.
Tester les gaz : L'ammoniac
Nous allons examiner brièvement deux autres tests de gaz, en commençant par l'ammoniac (NH3).
Nous l'avons déjà mentionné, mais nous le répétons encore une fois - vérifie auprès de ton jury d'examen quels sont les tests de gaz que tu dois connaître.
Comme le chlore, l'ammoniac a une odeur distincte - tu pourrais la comparer à celle du nettoyeur de vitres. Tout comme le chlore, nous testons l'ammoniac à l'aide de papier tournesol, mais nous recherchons un résultat différent :
- Insère du papier tournesol rouge humide dans un tube à essai rempli de gaz.
- Si le gaz est de l'ammoniac, le papier tournesol deviendra bleu.
Expliquer le test de l'ammoniac
Te souviens-tu de ce que nous avons dit à propos du papier tournesol ? Les alcalis le rendent bleu. L'ammoniac devient un alcali lorsqu'il rencontre de l'eau, c'est pourquoi le papier tournesol rouge humide change de couleur.
Recherche de gaz : Le dioxyde de soufre
Enfin, apprenons comment tester la présence de dioxyde de soufre (SO2). Le dioxyde de soufre est un autre gaz piquant qui sent un peu comme des allumettes brûlées. Comme nous l'avons mentionné précédemment, il blanchit également le papier tournesol bleu humide, il est donc facile de confondre le SO2 avec le Cl2. Cependant, nous disposons d'un autre test qui nous permet de différencier les deux gaz.
Pour identifier le dioxyde de soufre :
- Fais barboter un gaz à travers une solution de bichromate de potassium acidifiée.
- Si le gaz est du dioxyde de soufre, la solution passera de l'orange au vert.
Explication du test de détection du dioxyde de soufre
As-tu déjà rencontré le bichromate de potassium acidifié ? Tu l'as peut-être rencontré en apprenant ce que sont les alcools. Le bichromate de potassium acidifié est un agent oxydant, ce qui signifie qu'il donne de l'oxygène à une autre espèce. Nous l'utilisons pour oxyder les alcools en acides carboxyliques. Consulte l'article Alcools pour plus d'informations.
Tests de flamme pour les gaz
Les deux premiers tests de gaz que nous avons appris à connaître (tests de détection de l'hydrogène et de l'oxygène) étaient tous deux des types de tests de flamme.
- L'hydrogène gazeux (H2) fait brûler une bûchette allumée avec un "bruit sec" caractéristique.
- L'oxygène gazeux (O2) rallume une bûchette incandescente.
Tu as peut-être lu dans d'autres ressources que tu peux aussi utiliser un test de flamme pour identifier le dioxyde de carbone (CO2). C'est en partie vrai. Si tu insères une attelle allumée dans un tube à essai rempli deCO2, l'attelle s'éteindra. Cependant, la même chose se produit si tu utilises d'autres gaz. Par exemple, une attelle allumée s'éteindra également si tu la mets dans un tube à essai rempli d'azote gazeux ! C'est pourquoi nous utilisons de l'eau de chaux pour tester leCO2. Au niveau GCSE, tu ne dois utiliser les tests de flamme que pour identifierH2 et O2.
Expérience de test des gaz
Maintenant que la théorie est faite, pourquoi ne pas tester certains de ces gaz en classe ? Nous allons maintenant te donner quelques conseils pour réaliser des expériences de test de gaz. En particulier, nous allons nous concentrer sur la production d'un gaz connu afin que tu puisses vérifier que tes tests de gaz fonctionnent vraiment. Nous aborderons :
- Les réactions qui produisent chacun des gaz que nous avons testés jusqu'à présent.
- Les différentes façons de recueillir le gaz.
- Les risques éventuels auxquels tu dois faire attention.
Nous terminerons par un tableau récapitulatif qui rassemble tout ce que nous avons appris.
Production du gaz
Tout d'abord, tu dois produire un gaz connu. Cela te permet de voir par toi-même que les tests de gaz donnent un résultat positif pour la bonne espèce ! Pour produire tous les gaz que nous avons étudiés aujourd'hui, il te suffit de mélanger des réactifs spécifiques dans un flacon ou un tube à essai. Tu devrais voir apparaître des bulles lorsque le gaz se dégage. Tu peux ensuite effectuer le test de gaz directement au-dessus de l'embouchure du récipient, ou recueillir le gaz et le tester séparément.
Consulte le tableau récapitulatif au bas de cet article pour connaître les réactifs que tu utilises pour produire chaque gaz.
Recueillir le gaz
Ton professeur ou ton technicien de laboratoire peut te demander de produire et de tester le gaz dans le même récipient. Par exemple, tu peux mélanger les réactifs nécessaires à la production d'oxygène dans une petite fiole et tenir une bûchette incandescente au-dessus de l'embouchure de la fiole. L'oxygène produit rallumera la bûchette incandescente.
Cependant, tu peux aussi collecter le gaz et le tester séparément. Il existe différentes façons de procéder, en fonction des propriétés du gaz lui-même.
- Si le gaz est insoluble ou peu soluble dans l'eau, tu peux le recueillir dans un tube à essai renversé au-dessus de l'eau.
- Cette méthode convient pour recueillir l'O2 et l'H2.
- Si le gaz est plus léger que l'air, tu peux le recueillir dans un tube à essai inversé en le faisant remonter.
- Cette méthode convient pour recueillir le NH3 et leH2.
- En revanche, si le gaz est plus lourd que l'air, tu peux le collecter dans un tube à essai en utilisant une distribution descendante.
- Cette méthode convient pour recueillir le Cl2, le SO2 et leCO2.
- Tu peux aussi recueillir n'importe quel gaz à l'aide d'une seringue à gaz. Cependant, tu devras peut-être le transférer dans un tube à essai avant de l'utiliser.
Les dangers
Comme pour tous les travaux pratiques, tu dois être conscient des dangers potentiels.
Certains gaz sont toxiques. Leurs tests doivent être effectués dans une hotte de laboratoire. Les réactifs utilisés pour fabriquer les gaz eux-mêmes peuvent également être toxiques ou corrosifs, et doivent donc être manipulés avec précaution ; le port d'une protection oculaire est toujours indispensable :
- Certains gaz ou réactifs sont inflammables. Tiens-les éloignés des flammes nues - sauf si tu testes l'hydrogène, bien sûr !
- Fais attention lorsque tu manipules de la verrerie et des éclisses allumées.
- Prends des mesures pour éviter les éclaboussures.
- Signale tout bris, déversement ou autre blessure à ton professeur ou au technicien de laboratoire.
Test de détection des gaz : Résumé
Pour conclure cet article, voici un tableau pratique qui rassemble tout ce que nous avons appris aujourd'hui sur les tests de gaz. Il couvre non seulement les tests et leurs résultats positifs, mais il t'indique également les réactifs utilisés pour produire chaque gaz et toute autre remarque concernant les dangers.
Gaz | Réactifs | Test et résultat positif | Remarques |
H2 | Zinc + acide dilué | La fente allumée brûle avec un "bruit sec". | Inflammable - tenir à l'écart des flammes nues lorsque le test n'est pas effectué. |
O2 | Peroxyde d'hydrogène + oxyde de manganèse(IV) | Rallume une attelle incandescente | |
CO2 | Copeaux de marbre + acide chlorhydrique dilué | Rend l'eau de chaux trouble | |
Cl2 | Acide chlorhydrique concentré + cristaux de manganate de potassium (VII) | Blanchit le papier tournesol bleu humide | Toxique - réalise l'expérience dans une hotte de laboratoire. |
NH3 | Chlorure d'ammonium + hydroxyde de calcium | Colore en bleu le papier tournesol rouge humide | Toxique - réalise l'expérience dans une hotte de laboratoire |
SO2 | Sulfite de sodium + acide chlorhydrique dilué | Fait virer au vert le bichromate de potassium acidifié orange. | Toxique - réalise l'expérience dans une hotte de laboratoire |
Tests sur les gaz - Principaux enseignements
- Lestests chimiques nous aident à identifier les produits d'une réaction et à confirmer une hypothèse.
- Nous pouvons identifier les gaz à l'aide des tests suivants :
- L'hydrogène (H2) fait brûler une bûchette allumée avec un "bruit sec".
- L'oxygène (O2) rallume une bûchette incandescente.
- Ledioxyde de carbone (CO2 ) rend l'eau de chaux trouble.
- Lechlore (Cl2 ) blanchit le papier tournesol bleu humide.
- L'ammoniac (NH3 ) colore en bleu le papier tournesol rouge humide.
- Ledioxyde de soufre (SO2) rend vert le bichromate de potassium acidifié orange.
- Lorsque tu réalises des expériences de test de gaz, tu dois prendre en compte les moyens de produire et de collecter le gaz, ainsi que les dangers éventuels.
Références
- Effets de l'empoisonnement au monoxyde de carbone'. Healthy Hearty (en anglais)
- 'La catastrophe du Hindenburg'. Wikipedia
- 'Quelle quantité d'oxygène une personne consomme-t-elle en une journée?' Sharecare
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