Alice
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Le jet de mousse

 

Introduction

Cette expérience amusante illustre une réaction de décomposition autocatalytique de l'eau oxygénée, avec production d'une gerbe de mousse très chaude.

2. Matériel

Grand cristallisoir, à défaut une grande bassine
Grande éprouvette étroite ou erlenmeyer
Petit bécher
Gants en latex
Iodure de sodium (NaI) ou iodure de potassium (KI)
Eau oxygénée à 130 volumes (H2O2)
3. Protocole expérimental

Dans le petit bécher dissoudre l'équivalent de deux spatules d'iodure de sodium dans quelques millilitres d'eau tiède.
Dans l'éprouvette, verser 1 mL de liquide vaisselle puis 5 mL d'eau oxygénée concentrée. Homogénéiser.
Placer l'éprouvette à l'intérieur du cristallisoir, bien au centre. Poser l'ensemble sur une surface qui ne craint pas les produits chimiques.
Verser rapidement la solution d'iodure de sodium dans l'éprouvette et se reculer.
Observer la formation de plus en plus rapide de mousse qui jailli de l'éprouvette. La mousse fume, elle est très chaude. Remarquer sa faible coloration marron.
4. Explications

Il y a plusieurs réactions successives et simultanées pour comprendre cette expérience, qui est plus complexe qu'on ne peut le penser :
1) La demi-pile du couple H2O2/H2O est :

H2O2 + 2 H+ + 2 e-  <--->  2 H2O   (E0=1,77 V)

sauf qu'ici la réaction ne s'effectue pas en milieu acide, mais neutre. En ajoutant 2 OH- de chaque côté et en simplifiant par 2 H2O, on trouve l'équation :

H2O2 + 2 e-  <--->  2 OH-
qui correspond au couple H2O2/OH-. Le potentiel apparent est E0'(H2O2/OH-) = E0(H2O2/H2O) - 0,06 pH (relation obtenue d'après la loi de Nernst). Or pH = 7 puisque nous somme dans une solution neutre, soit E0' = 1,35 V

 

2) La demi-pile du couple I2/I- est :

I2 + 2 e-  <--->  2 I-   (E0=0,54 V)

 

3) Comme 1,35 V > 0,54 V, l'oxydant H2O2 réagit avec le réducteur I-, pour donner I2 et OH- selon :

H2O2 + 2 I-  --->  I2 + 2 OH-
En mesurant le pH, celui-ci augmente bien, au delà de 8. Le diiode donne au milieu réactionnel une teinte marron et une odeur iodée.

 

4) Ce faisant, le pH devient de plus en plus basique. Au delà de pH = 8, le diiode I2 est instable et se transforme en ions iodates IO3- et iodures I-. Le milieu prend une teinte jaune pâle.

 

5) Les ions iodates IO3- (oxydants) réagissent avec l'eau oxygénée pour former du dioxygène (cette fois-ci, c'est le couple O2/H2O2)

 

6) Parallèlement à cette réaction, il y a la possibilité de dismuter H2O2 selon l'équation :

2 H2O2  --->  2 H2O + O2(g)

Cette réaction est très lente à pH neutre car sa cinétique est limité par les transferts d'électrons. Mais elle peut être catalysée par les ions Fe3+, le platine ou encore les ions H+ ou OH-. Dans notre cas, c'est l'apparition d'un pH basique (OH-) qui va accélérer cette dismutation (les transferts d'électrons sont accélérés en milieu acide ou basique).
Ces réactions sont exothermiques, elles dégagent de la chaleur, d'où la formation d'un léger brouillard autours de la mousse, provenant de la recondensation de la vapeur d'eau.
C'est une réaction autocatalysée par la chaleur qu'elle produit : la chaleur accélère les réactions. Pour cette raison on observe que la réaction s'accélère de plus en plus.
La mousse provient des minuscules bulles de dioxygène (O2) produites par la réaction. Le liquide vaisselle, qui n'entre pas en jeu dans la réaction chimique, est simplement là pour emprisonner ces bulles et forme une fine mousse. Comme la réaction s'accélère la mousse monte de plus en vite. Il est facile de montrer qu'il s'agit bien de dioxygène en trempant dans la mousse une baguette de bois incandescente : celle-ci se rallume.
Remarque : il est possible de produire de la mousse avec d'autres réactions chimiques, à condition qu'elles produisent un gaz et d'y ajouter du liquide vaisselle. Exemples :
poudre de craie (calcaire) et vinaigre (gaz produit : CO2)
cachet effervescent (gaz produit : CO2)
eau oxygénée et permanganate de potassium (gaz produit : O2)
eau oxygénée et sulfate de fer II (gaz produit : O2)
eau oxygénée et chlorure de fer III (gaz produit : O2)
acide chlorhydrique et poudre d'aluminium (gaz produit : H2, combustible)
5. Précautions

Attention à se protéger les yeux et ne pas toucher la mousse car elle contient de l'eau oxygénée concentrée (risques de brûlures chimiques) et elle est très chaude (risques de brûlures thermiques). Éliminer la mousse avec une serpillière humide, bien rincer les surfaces touchée. (À faire en extérieur de préférence !)
La formation de diiode peut être irritante, aérer la pièce après l'expérience.

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Démonstration:

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