Pour aller plus loin. Une goutte d'eau posée sur une feuille de lotus…
Exercice supplémentaire · niveau 2 · chimie (première), chapitre 7 — Cohésion, dissolution et solubilité · Solvants, interfaces et tensioactifs
Énoncé
Pour aller plus loin. Une goutte d'eau posée sur une feuille de lotus est presque sphérique ; un trombone déposé délicatement à plat flotte sur l'eau bien que l'acier soit huit fois plus dense ; une goutte de liquide vaisselle fait aussitôt couler le trombone. Expliquer les trois faits par les interactions entre molécules d'eau.
Corrigé
Origine commune : la tension superficielle. Au cœur du liquide, chaque molécule d'eau est entourée de voisines dans toutes les directions : ses ponts hydrogène sont saturés. À la surface, il manque des voisines du côté de l'air : les molécules de surface sont dans un état défavorable, et le liquide « préfère » réduire son aire de surface. Tout se passe comme si une membrane élastique tendait la surface.
La goutte sphérique. À volume donné, la sphère est la forme de plus petite surface : c'est celle qu'adopte la goutte quand rien ne l'étale — et la feuille de lotus, couverte de cires apolaires, n'offre justement aucune interaction attractive à l'eau.
Le trombone qui flotte. Il ne flotte pas par la poussée d'Archimède (il est trop dense) mais parce qu'il creuse la surface sans la percer : l'augmentation d'aire que cela exigerait coûte plus d'énergie que le poids n'en apporte.
Le liquide vaisselle. Ses entités amphiphiles viennent se planter à l'interface, queue lipophile vers l'air, tête hydrophile dans l'eau. Les molécules d'eau de surface ne sont plus les seules occupantes : le déficit d'interactions est comblé, la tension superficielle s'effondre. La surface ne « résiste » plus : le trombone coule.
Contrôle : le mot tensioactif dit exactement cela — une espèce active sur la tension superficielle. Le savon lave et fait couler le trombone pour la même raison structurale.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.