Test des gaz

Les tests de gaz en chimie

Les tests de gaz sont un exemple d'analyse chimique. Nous pouvons utiliser ces tests pour déterminer les gaz produits lors d'une réaction chimique. C'est pratique car cela donne aux scientifiques une indication sur le type de réaction en cours, ainsi que sur son mécanisme. Les tests de gaz peuvent également être utilisés dans des expériences pour confirmer une hypothèse. Par exemple, si tu voulais découvrir par toi-même quel gaz les plantes dégagent lors de la photosynthèse ? Tu pourrais recueillir le gaz dégagé et le tester, en utilisant les méthodes que tu vas apprendre aujourd'hui. Ou peut-être aimerais-tu savoir si un certain polluant est présent dans l'air ? Là encore, un test de gaz te sera utile.

Dans cet article, nous allons nous pencher sur le test de six gaz différents :

• Hydrogène (_H2).
• Oxygène (_O2).
• Dioxyde de carbone (_CO2).
• Lechlore (_Cl2).
• L'ammoniac (_NH3).
• Dioxyde de soufre (_SO2).

Nous visiterons chaque test tour à tour, en t'expliquant le processus et en te montrant un résultat positif. Pour certains gaz, nous ferons également une plongée en profondeur dans la chimie qui sous-tend la réaction. Nous verrons ensuite comment tu peux réaliser des expériences de test de gaz en classe et nous te donnerons des conseils utiles sur la collecte d'échantillons de gaz.

Test pour les gaz : Hydrogène

Le premier gaz que nous apprendrons à tester est l'hydrogène (_H2). Bien que l'hydrogène soit l'élément le plus répandu dans l'univers, il ne représente qu'une infime partie de notre atmosphère. C'est parce qu'il est très léger - il s'élève simplement dans l'air et s'échappe dans l'espace. La masse relative de l'hydrogène a fait que, jusqu'au milieu du 20e siècle, il était souvent utilisé pour aider à maintenir la flottabilité des dirigeables. Cependant, l'hydrogène est également extrêmement inflammable, et la catastrophe du Hindenburg en 1937 a montré au monde entier à quel point les dirigeables à hydrogène peuvent être ^dangereux2. Nous exploitons l'inflammabilité de l'hydrogène lorsque nous essayons de l'identifier.

Voici comment tester la présence d'hydrogène :

1. Tiens une bûchette allumée au-dessus de l'extrémité ouverte d'un tube à essai rempli de gaz.
2. Si le gaz est de l'hydrogène, il brûlera avec un bruit sec. C'est pourquoi le test de détection de l'hydrogène est souvent appelé test du "bruit sec ".

Fig. 1 : Test de détection de l'hydrogène. En tenant une bûchette allumée au-dessus d'une éprouvette remplie d'hydrogène, celle-ci brûle en émettant un "bruit sec".

Test pour les gaz : Oxygène

Presque tous les organismes complexes de notre planète ont besoin d'oxygène gazeux (_O2 ) pour vivre. Les plantes et les algues produisent de l'oxygène par photosynthèse en exploitant l'énergie lumineuse du soleil ; les animaux, les bactéries, les plantes et les humains utilisent ensuite cet oxygène par respiration pour libérer leur propre énergie. Un adulte moyen absorbe environ 550 litres d'oxygène par jour, soit plus de 200 000 litres par ^an3! En clair, sans oxygène, nous mourrions. Après tout, c'est ainsi que l'empoisonnement au monoxyde de carbone nous tue !

Les réactions de combustion nécessitent également de l'oxygène. Nous nous en servons pour identifier l'oxygène gazeux. Pour tester la présence d'oxygène :

1. Place une attelle inc andescente à l'intérieur d'un tube à essai rempli de gaz.
2. Si le gaz est de l'oxygène, la bûchette se rallumera et s'enflammera.

Fig. 2 : Tester la présence d'oxygène. Le fait de tenir une bûchette incandescente au-dessus d'une éprouvette remplie d'oxygène la fait se rallumer.

Recherche de gaz : Dioxyde de carbone

Savais-tu qu'une étape de la production de sucre forme du carbonate de calcium, le même composé que l'on trouve dans les récifs coralliens, les coquilles d'œuf, le calcaire et le marbre ? Cette étape est utilisée pour éliminer les impuretés du sucre. De l'eau de chaux et du dioxyde de carbone (_CO2 ) sont ajoutés à d'énormes réservoirs remplis de "jus" de sucre brut et laissés en place pendant une heure. Le dioxyde de carbone réagit avec l'eau de chaux pour former un précipité de carbonate de calcium, emprisonnant ainsi tous les contaminants. Le précipité et les impuretés sont ensuite éliminés.

Nous utilisons la même réaction pour tester la présence de gaz carbonique (_CO2 ). Le carbonate de calcium formé rend l'eau de chaux claire trouble, ce qui indique un résultat positif. Voici comment procéder :

1. Fais barboter un gaz dans un tube à essai contenant de l'eau de chaux claire.
2. Si le gaz est du dioxyde de carbone, l'eau de chaux deviendra trouble.

Fig. 3 : Test de détection du dioxyde de carbone. Faire bouillonner du dioxyde de carbone dans de l'eau de chaux claire rend la solution trouble. Nous avons coloré le fond du diagramme pour t'aider à voir plus clairement le changement de couleur.

Test pour les gaz : Le chlore

Tous les gaz que nous avons rencontrés jusqu'à présent étaient incolores et inodores. Ils sont donc difficiles à identifier. Le chlore gazeux (_Cl2), en revanche, est un peu plus facile à repérer. Il s'agit d'un gaz jaune-vert qui dégage une odeur âcre de désinfectant qui peut te rappeler les piscines. Cependant, pour être sûr d'avoir réellement du chlore entre les mains, nous pouvons effectuer un test d'identification simple.

Pour tester la présence de chlore :

1. Insère du papier tournesol bleu humide dans un tube à essai rempli de gaz.
2. Si le gaz est du chlore, le papier tournesol blanchira.

Fig. 4 : Test de détection du chlore. Ce gaz blanchit le papier tournesol bleu humide.

Tester les gaz : L'ammoniac

Nous allons examiner brièvement deux autres tests de gaz, en commençant par l'ammoniac (_NH3).

Comme le chlore, l'ammoniac a une odeur distincte - tu pourrais la comparer à celle du nettoyeur de vitres. Tout comme le chlore, nous testons l'ammoniac à l'aide de papier tournesol, mais nous recherchons un résultat différent :

1. Insère du papier tournesol rouge humide dans un tube à essai rempli de gaz.
2. Si le gaz est de l'ammoniac, le papier tournesol deviendra bleu.

Fig. 5 : Test de détection de l'ammoniac. Ce gaz fait virer au bleu le papier tournesol rouge humide.

Recherche de gaz : Le dioxyde de soufre

Enfin, apprenons comment tester la présence de dioxyde de soufre (_SO2). Le dioxyde de soufre est un autre gaz piquant qui sent un peu comme des allumettes brûlées. Comme nous l'avons mentionné précédemment, il blanchit également le papier tournesol bleu humide, il est donc facile de confondre le _SO2 avec le _Cl2. Cependant, nous disposons d'un autre test qui nous permet de différencier les deux gaz.

Pour identifier le dioxyde de soufre :

1. Fais barboter un gaz à travers une solution de bichromate de potassium acidifiée.
2. Si le gaz est du dioxyde de soufre, la solution passera de l'orange au vert.

Fig. 6 : Test de détection du dioxyde de soufre. Ce gaz fait virer le bichromate de potassium acidifié au vert.

Tests de flamme pour les gaz

Les deux premiers tests de gaz que nous avons appris à connaître (tests de détection de l'hydrogène et de l'oxygène) étaient tous deux des types de tests de flamme.

• L'hydrogène gazeux (_H2) fait brûler une bûchette allumée avec un "bruit sec" caractéristique.
• L'oxygène gazeux (_O2) rallume une bûchette incandescente.

Tu as peut-être lu dans d'autres ressources que tu peux aussi utiliser un test de flamme pour identifier le dioxyde de carbone (_CO2). C'est en partie vrai. Si tu insères une attelle allumée dans un tube à essai rempli de_CO2, l'attelle s'éteindra. Cependant, la même chose se produit si tu utilises d'autres gaz. Par exemple, une attelle allumée s'éteindra également si tu la mets dans un tube à essai rempli d'azote gazeux ! C'est pourquoi nous utilisons de l'eau de chaux pour tester le_CO2. Au niveau GCSE, tu ne dois utiliser les tests de flamme que pour identifier_H2 et _O2.

Expérience de test des gaz

Maintenant que la théorie est faite, pourquoi ne pas tester certains de ces gaz en classe ? Nous allons maintenant te donner quelques conseils pour réaliser des expériences de test de gaz. En particulier, nous allons nous concentrer sur la production d'un gaz connu afin que tu puisses vérifier que tes tests de gaz fonctionnent vraiment. Nous aborderons :

• Les réactions qui produisent chacun des gaz que nous avons testés jusqu'à présent.
• Les différentes façons de recueillir le gaz.
• Les risques éventuels auxquels tu dois faire attention.

Nous terminerons par un tableau récapitulatif qui rassemble tout ce que nous avons appris.

Production du gaz

Tout d'abord, tu dois produire un gaz connu. Cela te permet de voir par toi-même que les tests de gaz donnent un résultat positif pour la bonne espèce ! Pour produire tous les gaz que nous avons étudiés aujourd'hui, il te suffit de mélanger des réactifs spécifiques dans un flacon ou un tube à essai. Tu devrais voir apparaître des bulles lorsque le gaz se dégage. Tu peux ensuite effectuer le test de gaz directement au-dessus de l'embouchure du récipient, ou recueillir le gaz et le tester séparément.

Recueillir le gaz

Ton professeur ou ton technicien de laboratoire peut te demander de produire et de tester le gaz dans le même récipient. Par exemple, tu peux mélanger les réactifs nécessaires à la production d'oxygène dans une petite fiole et tenir une bûchette incandescente au-dessus de l'embouchure de la fiole. L'oxygène produit rallumera la bûchette incandescente.

Cependant, tu peux aussi collecter le gaz et le tester séparément. Il existe différentes façons de procéder, en fonction des propriétés du gaz lui-même.

• Si le gaz est insoluble ou peu soluble dans l'eau, tu peux le recueillir dans un tube à essai renversé au-dessus de l'eau.
  • Cette méthode convient pour recueillir l'_O2 et l'_H2.
• Si le gaz est plus léger que l'air, tu peux le recueillir dans un tube à essai inversé en le faisant remonter.
  • Cette méthode convient pour recueillir le _NH3 et le_H2.
• En revanche, si le gaz est plus lourd que l'air, tu peux le collecter dans un tube à essai en utilisant une distribution descendante.
  • Cette méthode convient pour recueillir le _Cl2, le _SO2 et le_CO2.
• Tu peux aussi recueillir n'importe quel gaz à l'aide d'une seringue à gaz. Cependant, tu devras peut-être le transférer dans un tube à essai avant de l'utiliser.

Fig. 7 : Différentes méthodes de collecte des gaz. Le schéma du haut montre un ballon contenant des réactifs, qui réagissent ensemble pour dégager un gaz. Le gaz quitte le ballon par un tuyau et s'écoule dans un tube à essai, en utilisant l'une des méthodes de collecte présentées dans les trois diagrammes du bas.

Les dangers

Comme pour tous les travaux pratiques, tu dois être conscient des dangers potentiels.

Certains gaz sont toxiques. Leurs tests doivent être effectués dans une hotte de laboratoire. Les réactifs utilisés pour fabriquer les gaz eux-mêmes peuvent également être toxiques ou corrosifs, et doivent donc être manipulés avec précaution ; le port d'une protection oculaire est toujours indispensable :

• Certains gaz ou réactifs sont inflammables. Tiens-les éloignés des flammes nues - sauf si tu testes l'hydrogène, bien sûr !
• Fais attention lorsque tu manipules de la verrerie et des éclisses allumées.
• Prends des mesures pour éviter les éclaboussures.
• Signale tout bris, déversement ou autre blessure à ton professeur ou au technicien de laboratoire.

Test de détection des gaz : Résumé

Pour conclure cet article, voici un tableau pratique qui rassemble tout ce que nous avons appris aujourd'hui sur les tests de gaz. Il couvre non seulement les tests et leurs résultats positifs, mais il t'indique également les réactifs utilisés pour produire chaque gaz et toute autre remarque concernant les dangers.