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Glace carbonique divisé en morceaux
Un matériau, de multiples effets intéressants… La glace carbonique n’a rien à voir avec de l’eau gelée ; il s’agit en fait de dioxyde de carbone (CO2) solide. En dessous de
-78,48°C le dioxyde est solide, à des températures plus élevées, il se transforme en gaz sans fondre au préalable, c.-à-d. sans devenir liquide. D’où le nom de glace carbonique.
Compte tenu des risques (voir ci-dessous), il est recommandé de faire cette expérience en présence d'un adulte.
Application 1 - La machine à brouillard
Verser de l’eau chaude dans un récipient ouvert rempli de glace carbonique (+/- 100 g). Du liquide à présent bouillonnant émane immédiatement une brume blanche compacte qui pourra être répandue dans la pièce à l’aide d’un ventilateur. Par rapport aux machines à brouillard traditionnelles, celle-ci présente un grand avantage : le brouillard généré est froid, ce qui lui permet de rester au niveau du sol. Contrairement au brouillard produit à partir de liquide, celui-ci ne remplit donc pas toute la pièce.
Principe 1
La glace carbonique se sublime dans l’eau chaude, c.-à-d. qu’elle se transforme en gaz. Les gaz montants sont toutefois encore froids – l’air réfrigérant environnant contient à présent moins de vapeur d’eau (l’humidité contenue dans l’air). La vapeur d’eau condense : il se forme ainsi de fines gouttes d’eau – le brouillard visible à nos yeux. L’effet fonctionne mieux avec de l’eau chaude, car un environnement chaud augmente l’humidité de l’air, il y a donc plus de vapeur d’eau.
Application 2
a - Le ballon qui gonfle tout seul
Placer un petit morceau de glace carbonique dans un ballon (non gonflé) et le fermer. Il se gonflera tout seul comme par magie et éclatera également à un moment donné. Le CO2 sous forme gazeuse se gonfle à hauteur de 760 fois son volume sous forme solide (Cf. également : netexperimente.de/chemie)
b - Le bouchon qui explose
Placer un petit morceau de glace carbonique dans une bouteille en plastique qui sera ensuite fermée à l’aide d’un bouchon en caoutchouc ou de liège. Très rapidement le bouchon sautera comme par magie (cf. également: netexperimente.de/chemie)
Principe 2
Le CO2 contenu sous forme solide dans la glace carbonique se sublime à température ambiante, c.-à-d. qu’il se transforme en gaz et s’étend : le ballon est gonflé, le bouchon est expulsé de la bouteille grâce à la pression qui se forme.
Application 3 - Potion bouillonnante
Verser de l’eau bouillie avec du chou rouge dans un récipient transparent (pot magique) (cf. réactions indicatrices, p. 10). Ajouter à ce jus de chou du sel de lave-vaisselle, jusqu’à ce que la solution prenne une couleur verte. La solution verte est la base de la potion magique. Si on y ajoute quelques morceaux de glace carbonique, la potion se colorera d’elle-même du vert au bleu, ensuite violet et enfin rose.
Principe 3
Cette expérience se base pour une part sur le principe de la 2e application : une brume mythique se forme au-dessus des mélanges. La potion bouillonnante est toutefois due aussi à un autre phénomène. Une partie du dioxyde de carbone qui monte se dissout dans le liquide, produit de l’acide carbonique et change ainsi le ph de la solution – l’indicateur du chou rouge passe d’un état de base à acide et change ainsi de couleur (cf. également : les réactions indicatrices, p.10). Cet effet peut également être obtenu avec d’autres indicateurs (rouge de méthyle, orange de méthyle, phénolphtaléine, tymolphtaléine).
Application 4 - Colonnes de savon et bulles flottantes
Placer des morceaux de glace carbonique dans un verre rempli d’eau et de liquide vaisselle à l’aide d’une pince ou d’un gros gant. Le liquide se met à bouillonner – lentement il se forme une tour de bulles de savon qui s’élargit constamment au-dessus du bord du verre.
Un autre effet intéressant peut être obtenu de manière légèrement différente. Cette fois, il faut un récipient large qui ne contient que de l’eau chaude. Ajouter des morceaux de glace carbonique jusqu’à ce qu’elle bouillonne et fume. A l’aide d’un morceau de tissu (un peu plus grand que le diamètre du récipient) trempé au préalable dans de l’eau savonneuse, frotter dans un premier temps le bord du récipient. Imprégner à nouveau le morceau de tissu et en couvrir tout le récipient : une grande peau de savon se forme au-dessus du récipient. Lentement, une bulle de savon va s’élever comme par magie et éclater. Cela peut toutefois prendre un certain temps – sans bonne transition, la tension dramatique peut se perdre lors de la représentation. (Cf. également : netexperimente.de/chemie, www.stevespanglerscience.com)
Principe 4
Le dioxyde de carbone qui se dégage est capturé par le savon sous forme de bulles – dans la première expérience, elles sont petites mais nombreuses assez pour former un tout et finalement s’échapper du verre. Dans la deuxième expérience, une grosse bulle se forme. Le gaz qu’elle contient la pousse d’abord vers le haut et la gonfle toujours plus, jusqu’à ce qu’elle éclate.
Approvisionnement
De petites quantités de glace carbonique sont disponibles sur demande chez un glacier (p.ex. Oberweis, Namur...). La glace carbonique y est souvent utilisée pour refroidir des aliments et de petites quantités peuvent être achetées sans problème sur demande
(Prix : 2-4 EUR le kilo). Par ailleurs, il est possible d’acheter directement plusieurs kilos au Catering Luxair à l’aéroport (min. 10kg) (Tél. : 24565986).
La glace carbonique fond relativement vite et comme il n’existe pas de congélateur suffisamment froid, il conviendra de conserver la glace dans des caisses isolées au mieux. Malgré tout, après 24h, en fonction de l’isolation, 10kg de masse de départ auront réduit de moitié. En fonction de l’effet souhaité, on aura besoin de 100 à 500g.
Conseils
Chaque effet à base de glace carbonique où de l’eau intervient est bien plus impressionnant si celle-ci est chaude. Il est possible de rendre les expériences à base de savon encore plus impressionnantes en ajoutant des colorants alimentaires ou des couleurs fluorescentes (fluorescéine, rhodamine) au mélange.
Mise en garde
La glace carbonique ne sera manipulée qu’à l’aide de gants ou d’une pince, car elle est extrêmement froide et peut occasionner de fortes gelures au bout de quelques secondes sur la peau, menant à la mort de la peau et des tissus. En cas de contact involontaire avec la peau, il conviendra de retirer la glace immédiatement ! Ne pas mettre la glace dans la bouche et lors des expériences, toujours porter des lunettes de sécurité !
Par ailleurs, il faut conserver la glace carbonique dans des pièces aérées. En cas de sublimation, le gaz peut gonfler jusqu’à 760 fois son volume initial : le CO2 est plus lourd que l’air et reste au sol ; à des concentrations supérieures à 5 %, il est suffocant dans l’air (et sans odeur, donc difficile à détecter). En raison de la pression, les récipients bien fermés peuvent également être dangereux à l’intérieur : lors du transport, il conviendra donc de bien aérer la voiture ! De petites quantités de glace carbonique peuvent être transportées dans une glacière.
Traitement
La plupart du temps, la glace carbonique même disparaît de toute façon seule ; on laissera sublimer les quantités excédentaires dans une pièce aérée ou mieux encore, à l’extérieur.
Auteur: Joseph Rodesch (FNR), Liza Glesener
Photos: MarkS & FNR & Christopher Thomas
