Garde chimique. Expérience de chimie amusante à la maison

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Nous avons appelé cette expérience une sentinelle chimique, et son nom plus strict est un capteur chimiotron. La chimiotronique est une nouvelle branche de la science ; elle est née à l'intersection de l'électronique et de la chimie. Contrairement à l’électronique, elle étudie les processus dans les liquides où les ions se déplacent. Les ions étant beaucoup plus lourds que les électrons, les processus chimiotroniques se déroulent plus lentement. Mais la performance n’est pas toujours la chose la plus importante. Les appareils chimiotroniques sont très fiables et sont déjà utilisés de nombreuses manières.

Bien entendu, les véritables dispositifs chimiotroniques sont complexes. Et pourtant, vous pouvez créer un modèle d'un de ces appareils - un capteur. Tout d’abord, il est intéressant de voir comment fonctionnent les chimiotrons. Et en plus, ce capteur vous sera certainement très utile.

Fabriquez d’abord un corps cylindrique. Il serait préférable de le découper en plexiglas sur un tour, mais ce n'est pas nécessaire ; le corps peut également être collé à partir de plaques de plexiglas séparées, auquel cas il sera rectangulaire. Le diamètre approximatif du boîtier rond est de 40 mm et la hauteur est d'environ 20 mm. Aux extrémités du cylindre, il faut usiner deux cavités d'une profondeur d'environ 5 mm et d'un diamètre de 30 mm, de sorte qu'un pont à paroi épaisse reste entre elles. Directement sous le cavalier, percez un trou horizontal d'un diamètre de 2-3 mm pour remplir l'électrolyte et sélectionnez un bouchon étanche pour ce trou. Ensuite, sur le côté opposé du corps, percez trois autres trous pour les électrodes, les uns sous les autres, d'un diamètre d'un peu plus d'un millimètre. L'électrode centrale doit être dans le cavalier, celles du haut et du bas - dans les cavités correspondantes.

Utilisez des mines épaisses pour les crayons à pince comme électrodes. Les endroits où les fils sortent du corps doivent être scellés avec une sorte de colle. Une fois la colle sèche, percez verticalement dans le cavalier un trou traversant très fin d'un diamètre ne dépassant pas 0,5 mm. Lorsque vous choisissez un emplacement, gardez à l'esprit que ce trou doit passer par le stylet de l'électrode centrale.

L'appareil est presque prêt. Il ne reste plus qu'à coller une fine membrane de ce plexiglas, seulement de faible épaisseur (0,3-0,5 mm) en haut et en bas. Pour l'instant, collez uniquement la membrane inférieure.

Parlons maintenant de l'électrolyte. Dissolvez 20 à 30 g d'iodure de potassium dans un demi-verre d'eau, puis, en chauffant légèrement la solution, ajoutez environ 1 g d'iode. Par le trou latéral plus large, versez cet électrolyte à l'intérieur du capteur, dans la cavité inférieure, en vous assurant qu'il ne reste plus de bulles d'air. Le moyen le plus simple de réaliser cette opération est d’utiliser une seringue médicale. Lorsque la cavité supérieure est remplie, collez la deuxième membrane et enfin scellez le corps en insérant un bouchon préalablement préparé dans le trou d'entrée et remplissez-le soigneusement de colle.

Le capteur chimiotronique sera alimenté par une batterie de lampe de poche. Connectez les électrodes supérieure et inférieure situées dans la cavité au pôle positif de la batterie et celle du milieu au pôle négatif. Il est conseillé d'inclure un rhéostat dans le circuit, ainsi qu'un voltmètre et un microampèremètre qui, comme vous le savez déjà, peuvent être remplacés par un testeur.

À l'aide d'un rhéostat (ou de résistances), réglez la tension à environ 0,8-0,9 V. Un microampèremètre connecté au circuit de l'électrode centrale affichera un courant de 200 à 300 μA. Laissez le circuit fermé pendant dix à quinze heures. Le courant diminuera progressivement jusqu'à 10-20 μA, ce qui est nécessaire. Le capteur est maintenant prêt à l'emploi.

Le moyen le plus simple de vérifier son fonctionnement est de souffler sur l’une des membranes ou de la toucher avec la pointe d’une aiguille. Au même instant, l’aiguille du microampèremètre s’écartera brusquement vers la droite. Le mouvement de la membrane est invisible à l’œil nu, mais le capteur y répond immédiatement.

Expliquons pourquoi cela se produit. L'intensité du courant dépend de la quantité d'iode présente à proximité de l'électrode-cathode négative. Sous l'influence du courant continu, la nacelle à la cathode se réduit, acceptant les électrons, et à l'anode elle se forme à nouveau à partir d'ions. Par conséquent, l’iode est progressivement pompé de la cathode vers l’anode. Après avoir chargé le capteur, le courant diminue progressivement car il reste de moins en moins d'iode sur l'électrode négative. Mais dès que l'on déplace légèrement, même d'un effleurement faible, la membrane, une portion supplémentaire, quoique très petite, de molécules d'iode arrive à la cathode ; le capteur y réagit instantanément : le courant augmente.

De tels dispositifs chimiotroniques sont extrêmement sensibles ; soigneusement conçus, ils peuvent parfois réagir à quelques molécules seulement. Leur sensibilité est utilisée dans la pratique - lorsque le signal est faible et difficile à enregistrer par d'autres moyens. De tels dispositifs chimiotroniques sont utilisés, par exemple, dans la recherche médicale et en technologie - pour compter de petites pièces se déplaçant sur une bande transporteuse.

Est-il possible d'utiliser un tel capteur d'une manière ou d'une autre à la maison ou à l'école ? Bien sûr vous pouvez. Pourquoi ne pas en faire un appareil qui vous alertera lorsqu'un invité arrive ? Pour ce faire, il suffit de placer le capteur dans la porte de l'appartement, et il répondra dès que l'invité touchera la porte.

Mais, bien sûr, un tel capteur, en soi, n'est pas très pratique à cet effet : il faut constamment regarder le microampèremètre et attendre que son aiguille dévie. Cependant, un système d'alarme peut être adapté au capteur - une cloche ou une lampe électrique. Comment faire cela - découvrez-le vous-même ou consultez un professeur de physique.

À propos, un tel « garde » chimiotronique peut être utilisé pour protéger des objets importants, tels que des banques. Bien entendu, dans ce cas, le capteur n'est en aucun cas hospitalier - il avertit du danger.

Auteur : Olgin O.M.

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