La bouteille bleue

 

I.- Préparation de l’expérience

 

1) La préparation d’une solution de soude nécessite de protéger la peau et les yeux, donc de porter des lunettes et de ne pas toucher les cristaux de soude.

 

2) Pour faire 250 mL de solution de soude à 1,0 mol.L-1, il faut utiliser 1,0*0,25 = 0,25 mol de soude, et donc peser une masse de 0,25*40 = 10 g de cristaux de soude.

 

3 et 4) Une fiole jaugée de 250 mL est nécessaire pour préparer la solution. La soude ayant été pesée dans un bécher (une coupelle est plus adaptée), il faut verser progressivement les cristaux de soude dans un second bécher contenant environ 200 mL d’eau et posé sur un agitateur magnétique en fonctionnement. Un rinçage du premier bécher (de la coupelle, plus facilement), au dessus de la solution en préparation, à l’aide d’une pissette, permet de mettre en solution toute la soude pesée. Lorsque tous les cristaux sont dissous, on transfère la solution dans la fiole jaugée de 250 mL, et on complète jusqu’au trait de jauge, en ajustant les derniers millilitres à l’aide de la pissette.

 

II.- Pourquoi la solution bleuit-elle ?

 

1) On peut montrer que la solution préalablement décolorée bleuit à nouveau sous l’action du dioxygène de l’air quand on agite la solution, en faisant passer un courant de dioxygène à intérieur de la solution, à l’aide d’un tuyau raccordé à une bouteille de dioxygène comprimé.

 

2) La solution est basique à cause de la solution de soude qui a fourni des ions HO- au mélange.

 

3) La demi-équation électronique relative au couple O2 / HO- est, en milieu neutre ou basique (c’est H2O qui fournit les protons H+) :

O2 + 2H2O + 4e- = 4HO-

 

4) Si la forme bleue du bleu de méthylène est notée B2+ et la forme incolore BH+, la demi-équation électronique s’écrit :

B2+ + H2O + 2e- = BH+ + HO-

 

5) L’équation de la réaction d’oxydoréduction entre le dioxygène (oxydant) et la forme incolore du bleu de méthylène est donc

                        O2 + 2BH+ à 2B2+ + 2HO- (2)

Cette réaction est assez rapide puisque la coloration bleue de B2+ apparaît dès que commence l’agitation du flacon contenant la solution et l’air.

 

III) Pourquoi la solution bleue se décolore-t-elle ?

 

1) Dans la formule semi-développée du glucose, CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO, on reconnaît un groupe alcool primaire (R-CH2OH), quatre groupes alcool secondaire (R-CHOH-R’) et un groupe aldéhyde (R-CHO)

 

2) Le groupe aldéhyde (R-CHO) se transforme ici en ion R-COO- et non en groupe acide carboxylique (R-COOH) parce que la solution est basique. La demi-équation électronique du couple R-COO- / R-CHO est donc bien :

                        R-COO- + 2H2O + 2e- = R-CHO + 3HO-

 

L’équation de la réaction d’oxydoréduction entre le glucose (réducteur) et la forme bleue du bleu de méthylène est donc :

B2+ + R-CHO + 2HO- à BH+ + R-COO- + H2O   (1)

Cette réaction est lente puisque la décoloration se fait lentement.

 

IV.- L’expérience peut-elle être poursuivie indéfiniment ?

 

1) La réaction (1) a lieu quand on le glucose réduit le bleu de méthylène B2+ . La réaction (2) a lieu quand le dioxygène oxyde le bleu de méthylène BH+. Le bilan de l’ensemble des deux opérations successives est donné par (1) + 2*(2) :

                        2B2+ + 2R-CHO + 4HO- + O2 + 2BH+ à 2BH+ + 2R-COO- + 2H2O + 2B2+ + 2HO-

            =>                               2R-CHO + 2HO- + O2 + à 2R-COO- + 2H2O

 

On observe bien que le bleu de méthylène ne paraît pas dans le bilan et qu’il n’est donc pas consommé. Sont par contre consommés : le glucose, les ions hydroxyde et le dioxygène de l’air.

 

2) Quantités de matière initiales :

Dans 250 mL d’air, il y a 0,25 / 5 = 5.10-2 L de dioxygène, soit 5.10-2 / 24 = 2,1.10-3 mol de dioxygène

Dix grammes de glucose contiennent 10 / 180 = 5,6.10-2 mol de glucose.

Pour réaliser l’expérience, on a utilisé 0,25 mol de soude.

 

Tableau d’avancement : (valeurs en millimoles (mmol) :

 

Equation de la réaction

    2R-CHO +     2HO-      +       O2 +     à 2R-COO-  +     2H2O

Initial

0

56

250

2,1

0

0

Intermédiaire

x

56 – 2x

250 – 2x

2,1 - x

2x

2x

Final

2,1

52

246

0

4,2

4,2

 

Le réactif limitant est donc le dioxygène (il suffit d’ouvrir le flacon après chaque agitation pour le renouveler)

 

3) Au cours du cycle des deux opérations, le bleu de méthylène est régénéré, mais on ne parviendra pas à décolorer entièrement la solution si on y place plus que le glucose ne peut en décolorer, soit plus de 56 mmol.

 

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