Le polyacrylamide

Un article du site scienceamusante.net.

Voici un autre gel que le Slime® mais solide cette fois-ci. Nous le fabriquons par polymérisation radicalaire de l'acrylamide et du bisacrylamide.

Sommaire

1 Précautions

Outre les précautions en chimie qui sont d'usage, cette expérience comporte les attentions suivantes :

  • Les solutions de départ sont toxiques et cancérogènes SGH06SGH08, porter obligatoirement des gants adaptés et un équipement de protection des yeux, et du visage. Se laver immédiatement à l'eau courante et au savon en cas de contact.
  • Ne pas utiliser une même pipette pour prélever les 4 solutions directement dans les flacons, afin d'éviter les mélanges et la polymérisation des solutions d'acrylamide et bisacrylamide.

2 Matériel

3 Protocole expérimental

3.1 Préparation des solutions

Moulage du polyacrylamide dans un gobelet en plastique. Celui-ci garde la forme du moule après polymérisation.
Moulage du polyacrylamide dans un entonnoir. Même s'il reste élastique, c'est un solide.

Pensez à étiqueter correctement les bouteilles pour plus de sécurité.

  • Solution A d'acrylamide à 2 mol/L : dissoudre 143,6 g d'acrylamide SGH06SGH08 dans de l'eau pour obtenir 1 L de solution.
  • Solution B de bisacrylamide à 0,02 mol/L : dissoudre 3,1 g de bisacrylamide SGH06SGH08 dans de l'eau pour obtenir 1 L de solution.
  • Solution C de persulfate de potassium SGH06SGH03 à 0,2 mol/L : dissoudre 54,1 g du produit dans de l'eau pour obtenir 1 L de solution. (Si le persulfate d'ammonium est utilisé en remplacement, la masse à dissoudre est de 45,6 g.)
  • Solution D de TMEDA SGH06SGH02 à 0,3 mol/L : dissoudre 34,9 g du produit dans de l'eau pour obtenir 1 L de solution.

3.2 Polymérisation

  • Dans un premier bécher, mélanger 20 mL de la solution A et 20 mL de la solution B.
  • Dans un second bécher, mélanger 4 mL de solution C et 4 mL de solution D (ajouter éventuellement un colorant) et mélanger.
  • Verser le contenu des veux béchers dans un gobelet en plastique, mélanger 10 secondes puis laisser reposer sans agiter. La polymérisation dure 3 minutes environ.
  • Après 3 minutes, observer un léger volume d'eau résiduel en surface du gel. Démouler le polyacrylamide et le rincer à l'eau courante pendant 30 secondes.

3.3 Observation des propriétés physiques

  • Observer ses propriétés élastiques et rebondissantes sur une surface propre et lisse.
  • Observer aussi que lorsqu'on casse le gel, celui-ci ne peut plus se rassembler en un seul bloc.
  • La solution A peut être dosé différemment : entre 1 et 4 mol/L. Les propriétés élastiques peuvent être modifiées.

4 Explications

  • Lors de la polymérisation, les monomères vont se lier les uns aux autres, les chaînes moléculaires tendent a prendre moins de volume qu'auparavant. La majorité des molécules d'eau sont piégées entre ces chaînes, formant ainsi un gel. Mais il apparaît un volume résiduel surnageant le solide, dû à la contraction de volume.
  • Les propriétés élastiques de cette matière sont dues à la grande déformabilité des chaînes moléculaires.
  • Les propriétés rebondissantes sont dues au fait que les chaînes moléculaires tendent à retrouver leur forme initiale après déformation. Comme dans un ressort comprimé ou étiré, l'énergie cinétique est transformé en énergie potentielle lors de la déformation, l'énergie potentielle est retransformée en énergie cinétique lors du retour à la forme initiale.
  • Les molécules ne sont déformables que jusqu'à un certain point ! Si on déforme trop le gel celui-ci se casse : au niveau microscopique, ce sont les chaînes moléculaires qui se cassent de manière irréversible. (Voir l'expérience de comparaison de gels liquides et solides.)
  • Le polyacrylamide est fragile et peut se casser si on le jette trop fort. Pour un autre exemple de matière rebondissante, voir l'expérience de la balle rebondissante.

5 Applications

  • On trouve dans le commerce des granulés secs que l'on fait tremper dans l'eau pour les gonfler, ou bien sous leur forme déjà gorgée d'eau.
    • Un tel gel solide est utilisé en jardinerie, en mélange avec la terre dans un pot. Le gel constitue alors une réserve d'eau en cas d'absence prolongée. L'eau est donnée à la plante en cas de besoin ; le gel se regonfle par un simple arrosage.
    • On l'utilise aussi en jardinerie décorative dans un vase transparent avec ajout de quelques nutriments en remplacement de la terre. Ce dernier système permet d'obtenir des compositions florales sans terre qui durent longtemps.
  • On peut aussi utiliser le gel avec ajout de parfum : le parfum s'évaporera lentement et sur une longue durée. Cela permet, par exemple, de parfumer des lieux tels qu'une chambre, un placard, des toilettes.
  • Un même type de gel s'utilise pour capter l'eau très rapidement : voir l'expérience du polyacrylate de sodium superabsorbant.

6 Vidéo

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