Papier aluminium + élastiques

Comme dit précédemment, le plus connu des élastomères est le caoutchouc ! Nous avons donc tout de suite pensé aux élastiques ! Qui ne s'est jamais amusé à en lancer un à l'aide de ses doigts ? Pourquoi va-t-il si loin quand il s'envoie ? Parce qu'il est élastique ! 

Ici, nous ne sommes pas sur une véritable "expérience". Le protocole est très simple :

• Froisser du papier aluminium jusqu'à former une boule

• Enrouler un à un les élastiques autour

Le rebond obtenu est loin d'être extraordinaire. En effet, voici ci-dessous une vidéo montrant ce rebond : 

Comme vous pouvez le constater sur la photo du diaporama et sur la vidéo, la balle n'a pas une surface lisse, il peut y avoir une épaisseur d'élastique en trop ou en moins. Cela va entraîner un rebond qui va être plus ou moins important en fonction de la surface qui touche le sol. En effet, plus la surface en contact avec le sol est composée d'élastiques, plus la balle va rebondir haut. Un autre inconvénient de cette surface irrégulière est le fait que la balle rebondit tantôt vers la droite, tantôt vers la gauche de façon totalement imprévisible dans la mesure où  la balle n'a pas une forme sphérique parfaite.

Nous classons donc cette expérience comme non concluante, cette balle n'est pas au niveau des balles fabriquées industriellement.

Nous avons ensuite pensé à copier ces industries : pourquoi ne pas créer nous-mêmes notre caoutchouc, dans le but de créer une balle similaire aux balles rebondissantes que l'on peut rencontrer dans les rayons des supermarchés ? Nous avons très vite compris que c'était inenvisageable et hors de la portée d'élèves de première en raison du manque de matériel à notre disposition… Quels autres constituants pourraient convenir pour notre balle rebondissante ?

Colle à bois + bicarbonate de sodium

Nos recherches et déductions nous ont également menés vers cette association de réactifs.

1) Les recherches

Etant donné que le mélange Colle à bois + Borax ne fonctionnait pas compte tenu du fait qu'il était trop liquide et mou (visqueux) pour rebondir, nous pensâmes à utiliser du bicarbonate de sodium. En effet, nous savions que ce composé chimique existait sous forme de poudre contrairement à la solution de Borax qui était liquide. De plus, le bicarbonate de soude constituait un substitut parfait au borax dans la mesure où il détenait les mêmes propriétés chimiques que le Borax, c'est-à-dire assurer les liaisons covalentes entre les chaînes de PVOH.

Finalement, les constituants nécessaires à l'expérience sont :

2) L'expérience

Nous sommes prêts à réaliser l'expérience ! 

La liste du matériel :

• Colle à bois
  
• Bicarbonate de sodium + eau distillée
  
• Deux béchers
• Un agitateur en verre
  
• Une coupelle
  
• Une spatule
• Une balance
  

Le protocole :

• Peser 10 g de bicarbonate de sodium à l'aide de la coupelle et de la balance, puis les verser dans un bécher à l'aide de la spatule.
• Verser 25 mL de colle à bois dans un autre bécher.
• Verser le bicarbonate de soude dans le bécher contenant la colle à bois.
• Verser la nouvelle solution dans la coupelle pour mélanger efficacement.
  
• Mélanger jusqu'à l'obtention d'une pâte
• Sortir la pâte du bécher et former une balle.
  

Le résultat :

Le produit obtenu est similaire à celui du mélange Colle à bois + Borax dans la mesure où une pâte trop molle, donc visqueuse, est obtenue. De ce fait, il ne peut y avoir de rebond même si les deux réactifs se sont bien liés.

Ces constituants ne sont donc toujours pas les bons...

Silicate de sodium + éthanol

Ces constituants seront les derniers à être testés...

1) Les recherches

Nous apprîmes que le gel de silicate de sodium présente la propriété d'avoir une faible viscosité. De surcroît, il se comporte comme un solide à grande vitesse (rebondit très bien) et comme un liquide à faible vitesse (s'écoule sur la table sous son propre poids). Ensuite, l'éthanol permettrait théoriquement au polymère créé (élastomère) de former moins de liaisons faibles entre les molécules, donc moins de frottements internes ce qui rendrait le mélange encore moins visqueux. Les deux conditions seraient donc respectées. C'est pourquoi nous avons choisi l'intervention de ces éléments chimiques.

En résumé, les constituants nécessaires pour notre dernière tentative sont :

1. - le silicate de sodium (aussi connu sous le nom de verre liquide) de formule brute : Na2SiO3
2. - l'éthanol de formule brute : C2H6O
   

Voici l'équation chimique concernant cette réaction :

2) L'expérience

La liste du matériel : 

• Ethanol
• Silicate de sodium
• Deux béchers
• Un agitateur
• Balance
  

Les précautions : 

Concernant la dangerosité du silicate de sodium, nous avons bien entendu consulté la fiche de l'Institut National de Recherche et de Sécurité le concernant. Nous avons pu constater que ce produit comportait les pictogrammes suivants :  

Quelques précisions y étaient ajoutées : "Provoque des brûlures de la peau et des lésions oculaires graves" et "Peut irriter les voies respiratoires". De la première précision nous en avons déduit que bien sur les gants, la blouse et les lunettes étaient obligatoires. La deuxième nous posait plus de souci; nous avons donc continué nos recherches sur la toxicité orale du verre liquide. Il s'est avéré que ce dernier se décomposait très lentement sous l'action du dioxyde de carbone présent dans l'air, se transformant peu à peu en carbonate de sodium et en silice. Nous en avons donc déduit équation chimique correspondante :

Or, d'après nos recherches, les deux produits de la réaction ne sont pas dangereux. Le carbonate de sodium se transforme rapidement sous l'action du gaz carbonique en hydrogénate de sodium (nom courant bicarbonate de soude, de formule NaHCO3), qui est un remède contre l'excès d'acidité gastrique. Quant à la silice, premier constituant du sable, nous nous sommes trompés. Nous avions fait l'hypothèse que celle ci était inoffensive. Cependant, nous avons fait la découverte d'une maladie appelé silicose. Cette maladie consiste à bloquer les alvéoles pulmonaires en respirant des particules de silice en suspension dans l'air, ce qui a comme conséquence des essoufflements réguliers et une forte toux. Tout dépend en effet de la taille des particules respirées. Si celles-ci font environ 7 microns, elles seront suffisamment fines pour entrer dans les alvéoles pulmonaires mais trop épaisse pour en sortir, ce qui va progressivement entraîner le blocage total d'une voire de plusieurs alvéoles pulmonaires, en fonction de la quantité inspirée. Néanmoins, nous apprîmes aussi que les particules de cette taille étant très soluble, celles-ci étaient normalement rapidement éliminées par l'organisme.

Ainsi, pour éviter tout risque, nous manipulerons sous hotte aspirante.

Le protocole: 

Selon nos sources, les meilleures proportions seraient 1/4 d'éthanol et 3/4 de verre liquide. Nous suivrons donc ces proportions dans le protocole expérimental qui suit.

• Verser 25mL d'éthanol (1/4) dans un bécher.

• Dans un autre bécher, verser 75mL de verre liquide (3/4).

• Tout en agitant, verser petit à petit l'éthanol dans le bécher contenant déjà le verre liquide.

• Lorsque le contenu est devenu solide, le sortir du bécher et ne garder qu'une partie, que l'on arrondira pour former une balle.

• Peser cette balle et retenir sa masse, qui sera importante pour la suite. On retiendra cette valeur 33.63g.
  

Le résultat : 

La réaction chimique a été d'une rapidité déconcertante ! En seulement une trentaine de secondes à peine, on obtient une pâte dure et élastique ! Voici le rebond  :

Les remarques : 

La balle est composée entre autres de verre liquide. Or, nous avons vu précédemment que ce dernier se comportait comme un liquide à faible vitesse. Nous nous sommes rendus compte par nous même qu'après un certain temps, la balle posée sur une surface plane et dure (ex: la table), celle-ci avait tendance à s'écraser sous son poids. Problème ! Il nous fallait donc trouver une solution : premièrement de remettre la balle dans sa forme d'origine et deuxièmement de trouver un moyen de conservation de cette balle, pour qu'elle garde une forme ronde. 

Sous l'action de la chaleur, la balle ramollissait. De ce fait, elle était plus modelable. Nous avons donc utilisé un briquet. 

N.B. : la vidéo concerne une balle rouge: elle sera fabriquée plus tard.

Le problème est donc résolu ! 

Si la balle ronde s'écrase lorsqu'elle reste longtemps en contact avec une surface plane, alors il faut sans doute trouver une surface en demi-sphère, dans laquelle déposer la balle… Nous avons donc eu l'idée d'utiliser des balles de tennis de table coupées en en deux. Ainsi, nous avons déposé la balle à l'intérieur des deux demi-sphères, et nous avons enroulé le tout de papier aluminium.

Une semaine plus tard, au moment de la séance de TPE, nous avons "déballé" notre balle. Celle-ci était restée telle quelle ! Cette difficulté pouvait donc être éliminée.

Pour cette balle, les deux conditions sont validées ! En effet, la balle n'est pas visqueuse et nous avons vu précédemment qu'elle était composée d'élastomères.