Concepts clés
Chimie
Surfactants
Densité
Polarité

Introduction
Vous avez peut-être entendu des gens dire: «Ces deux-là se mélangent comme l’huile et l’eau», alors qu’ils décrivent deux personnes qui ne s’entendent pas. Peut-être avez-vous également remarqué de l’huile brillante à la surface de des flaques d’eau après la pluie. Dans les deux cas, vous comprenez que l’eau et l’huile ne vont pas bien ensemble – mais vous êtes-vous déjà demandé pourquoi? Tant d’autres choses peuvent se dissoudre dans l’eau – pourquoi pas le pétrole? Dans cette activité, nous allons explorer ce qui rend l’huile si spéciale, et nous essaierons de rendre l’impossible possible: mélanger de l’huile et de l’eau!

Contexte
Contrairement à de nombreuses autres substances telles que le jus de fruits, les colorants alimentaires ou même le sucre et le sel, les huiles le font pas mélanger avec de l’eau. La raison est liée aux propriétés de l’huile et de l’eau. Les molécules d’eau sont constituées d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène. En plus d’avoir cette structure très simple, la mole d’eau Les cules sont polaires, ce qui signifie qu’il y a une répartition inégale de la charge à travers la molécule d’eau. L’eau a une charge négative partielle de son atome d’oxygène et des charges positives partielles sur ses atomes d’hydrogène. Cette polarité permet aux molécules d’eau de former de fortes liaisons hydrogène les unes avec les autres, entre l’atome d’oxygène chargé négativement sur une molécule d’eau et les atomes d’hydrogène chargés positivement d’une autre. D’autres molécules telles que les sels et les sucres sont également capables de se dissoudre dans l’eau en raison de sa polarité. Les charges à chaque extrémité de la molécule d’eau aident à briser les structures chimiques d’autres molécules.

Les huiles, en revanche, ne sont pas polaires et, par conséquent, elles ne sont pas attirées par la polarité des molécules d’eau. En fait, les huiles sont hydrophobes ou «craignent l’eau». Au lieu d’être attirées par les molécules d’eau, les molécules d’huile sont repoussées par elles. Par conséquent, lorsque vous ajoutez de l’huile à une tasse d’eau, les deux ne se mélangent pas. Parce que l’huile est moins dense que l’eau, elle flottera toujours au-dessus de l’eau, créant une couche superficielle d’huile. Vous l’avez peut-être vu dans les rues après une forte pluie – certaines flaques d’eau auront une couche d’huile flottant dessus.

Dans cette activité, nous allons tester le pouvoir des surfactants pour nous aider à mélanger l’huile et l’eau. Le surfactant que nous utiliserons est un détergent à vaisselle, qui aide à briser la tension superficielle entre l’huile et l’eau car il est amphiphile: en partie polaire et en partie non polaire. Par conséquent, les détergents peuvent se lier aux molécules d’eau et d’huile. Nous verrons les résultats de cette propriété dans cette activité!

Matériaux

• 2 bouteilles d’eau en plastique transparent avec couvercles
• 2 tasses d’eau
• Une demi-tasse d’huile (les huiles d’olive, de cuisine ou végétales fonctionneront toutes)
• Savon à vaisselle liquide
• Horloge ou minuterie
• Marqueur permanent
• Tasse à mesurer
• Cuillère à mesurer
• Colorant alimentaire (facultatif)

Préparation

• Retirez toutes les étiquettes de vos bouteilles d’eau.
• Utilisez votre marqueur pour étiqueter les bouteilles: étiquetez le premier « Huile + Eau » et le second « Huile + Eau + savon. » Écrivez les étiquettes aussi près que possible du haut des bouteilles.
• Versez une tasse d’eau dans chaque bouteille.

Procédure

• Mesurez soigneusement et versez un quart de tasse d’huile dans la bouteille étiquetée Huile + Eau. Laissez la bouteille reposer sur un comptoir ou une surface plane pendant que vous observez l’eau et l’huile. L’huile coule-t-elle au fond de la bouteille, asseyez-vous au-dessus de l’eau ou mélangez-la?
• Répétez cette étape en ajoutant un quart de tasse d’huile à la bouteille étiquetée Huile + Eau + Savon. L’huile coule-t-elle au fond, asseyez-vous sur l’eau ou mélanger avec?
• Ajoutez avec précaution trois cuillères à soupe de savon à vaisselle dans la bouteille étiquetée Huile + Eau + Savon. Essayez de ne pas secouer la bouteille pendant que vous ajoutez du savon à vaisselle.
• Assurez-vous que les bouchons de bouteille sont bien vissés sur chaque bouteille.
• En tenant une bouteille dans chaque main, agitez vigoureusement les bouteilles pendant 20 secondes.
• Posez les bouteilles vers le bas sur une surface plane avec beaucoup de lumière.
• Notez l’heure sur votre horloge ou réglez une minuterie sur 10 minutes.
• Observez le contenu de chaque bouteille. Tenez-les à une lumière une à la fois afin que vous puissiez voir clairement ce qui se passe à l’intérieur de la bouteille. Quelque chose a-t-il changé lorsque vous avez secoué les bouteilles? Les mélanges se ressemblent-ils dans les deux? Sinon, qu’est-ce qui est différent entre eux? Comment expliquez-vous les différences que vous observez?
• Après 10 minutes, regardez le contenu des bouteilles et notez les changements. À quoi ressemblent l’huile et l’eau dans chaque bouteille? L’huile s’est-elle mélangée à l’eau, a-t-elle coulé au fond ou est-elle remontée vers le haut?
• Extra: Ajoutez du colorant alimentaire à l’eau pour obtenir un effet de lampe à lave
• Extra: Testez d’autres types de savon, comme le dentifrice, le savon pour les mains et le shampoing en les mélangeant avec de l’huile et l’eau.

Observations et résultats
Dans cette activité, vous avez combiné de l’huile et de l’eau, puis vous avez observé comment l’ajout de détergent à vaisselle modifiait les propriétés de ce mélange. Tout d’abord, vous devriez avoir remarqué que lorsque vous avez ajouté l’huile à l’eau, ils ne se mélangeaient pas. Au lieu de cela, l’huile a créé une couche à la surface de l’eau. En effet, le pétrole est moins dense que l’eau et flotte donc à la surface. Lorsque vous secouez la bouteille d’huile + eau, vous avez peut-être remarqué que l’huile s’est brisée en minuscules perles. Ces billes, cependant, ne se mélangent pas à l’eau. Après avoir laissé reposer la bouteille d’huile + eau pendant 10 minutes, vous devriez avoir observé l’huile et l’eau recommencer à se séparer presque immédiatement, et après 10 minutes supplémentaires, il y avait à nouveau deux couches distinctes dans votre bouteille.

Dans contraste que vous auriez dû trouver en secouant la bouteille d’huile + eau + savon a produit beaucoup de mousse, mais au lieu de commencer immédiatement à se séparer, le mélange était de couleur jaune trouble. Finalement, l’huile et l’eau auraient dû se séparer à nouveau en deux couches, mais ces couches auraient dû apparaître moins distinctes et plus troubles que les couches de votre bouteille d’huile + eau.

La différence entre les deux bouteilles résulte de l’ajout d’un plat détergent à la bouteille d’huile + eau + savon. Les molécules de détergent peuvent former des liaisons avec les molécules d’eau et d’huile. Par conséquent, bien que l’huile et l’eau ne se mélangent pas techniquement, les molécules de détergent à vaisselle agissent comme un pont entre les molécules d’huile et d’eau. En conséquence, les molécules d’huile et d’eau ne sont pas clairement séparées dans la bouteille. Au lieu de cela, vous voyez un mélange trouble, résultant des chaînes d’huile, de savon et d’eau que vous avez créées en ajoutant du détergent à vaisselle.

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Cette activité vous est proposée en partenariat avec Science Buddies