Activité Franklin

Comment déterminer l’ordre de grandeur de la longueur d’une molécule ?

« L’esprit Benjamin Franklin »

Examinons ce qui se passe lorsqu’on ajoute à l’eau une petite quantité d’huile. Les molécules d’huile sont des objets assez extraordinaires ; elles sont plutôt petites (un à deux nanomètres de long) et possèdent deux propriétés violemment antagonistes. Une des extrémités de la molécule est fortement hydrophile (hydrophile=qui aime l’eau), nous l’appellerons « tête polaire » de la molécule. Le reste de la molécule est résolument hydrophobe (hydrophobe=qui n’aime pas l’eau), c’est une chaîne « aliphatique » formée d’atomes de carbone et d’hydrogène. Si je plonge une telle molécule, seule dans l’eau, elle devient très « malheureuse ». Sa chaîne aliphatique ne songe qu’à fuir l’eau qu’elle exècre. Aidée par l’agitation thermique, elle parvient à la surface. La situation, sans être idéale est déjà meilleure. La tête polaire peut rester immergée avec délice dans l’eau. La chaîne hydrophobe peut se sécher à l’air. En se serrant l’une contre l’autre comme les pingouins d’une rookerie, les molécules d’huile peuvent alors créer une situation presque parfaite : tête dans l’eau, chaîne à l’air presque perpendiculaire à la surface. Les molécules forment une couche bien régulière dont l’épaisseur est égale à une longueur moléculaire. C’est une mono couche…

Depuis les Grecs, on sait qu’un film d’huile, répandu sur la mer, tend à calmer les vagues. Franklin,  lui, fait l’expérience suivante : il va au bord d’un étang ( à Clapham près de Londres) et verse, doucement, une goutte d’huile d’olive sur l’étang. L’huile s’étale, la « peau » de l’eau est devenue comme rigide, c’est ce phénomène qui permet à Franklin d’évaluer assez bien la surface du film d’huile, elle est d’environ 100 m² !

Répondre aux questions suivantes :

1-     A l’aide du schéma représentant une molécule d’huile, représenter quelques molécules d’huile disposées à la surface de l’eau conformément à la description qu’en fait l’auteur.

2-     Partant de ce modèle de représentation, quelle est la hauteur de la flaque d’huile qui recouvre l’étang dans l’expérience de Franklin ? Peut-on la mesurer commodément ?

3-     Connaissant le volume de la goutte d’huile, Franklin est parvenu à déterminer l’ordre de grandeur de l’épaisseur de la couche d’huile. Quel calcul a-t-il fait ? 

Mesure de la taille d’une molécule d’oléine :

Protocole :

-         Remplir d’eau un cristallisoir.

-         Déposer du talk à la surface de l’eau.

-         Verser 1 à 2 gouttes du mélange (oléine diluée 1000 fois dans l’éthanol).

-         Mesurer à peu près le diamètre de la tâche d’oléine.

Questions :

1-     A quoi sert le talk ?

2-     Pourquoi avoir dilué l’oléine dans l’éthanol et non dans l’eau ? Que deviendra l’éthanol une fois les gouttes versées dans l’eau.

3-     Sachant qu’un millilitre du mélange contient à peu près 52 gouttes, calculer le volume d’une goutte (en cm³), puis le volume d’oléine contenu dans cette goutte (en cm³).

4-     Connaissant le diamètre de la tâche d’oléine, déterminer sa surface (en cm²).

5-     En vous servant des questions du paragraphe précédent, déterminer la longueur de la molécule d’oléine d’abord exprimée en cm puis avec un sous-multiple approprié.