Changer l'eau en vin puis en soda

De nombreux magiciens ou illusionistes font appel à la chimie pour réaliser leurs tours, en voici un exemple très simple qui marchera à tous les coups. Cela consiste à transformer de l'eau en liquide coloré comme du vin, puis en cola, champagne ou limonade, selon les dosages. Avec de plus grandes proportions, cela donne un panache de brouillard.

1 Précautions

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

• L'eau oxygénée peut provoquer des brûlures de la peau et des muqueuses, et devient très dangereuse à manipuler lorsqu'elle est concentrée. Utiliser des gants de latex.
• Ne surtout pas boire les liquides obtenus, même si ça ressemble au vin ou au Cola, cela n'en est pas du tout !

2 Matériel

• 4 béchers (150 mL) ou 4 verres (mais pas de gobelets en plastique)
• Permanganate de potassium KMnO₄, sous forme de poudre ou de cristaux
• Eau oxygénée à 130 volumes H₂O₂
• Acide sulfurique

3 Protocole expérimental

• À l'abri des regards, disposer les quatre récipients devant vous :
  • Verre n°1 : de l'eau ordinaire.
  • Verre n°2 : mettre quelques grains de permanganate de potassium (s'assurer que le récipient est bien sec)
  • Verre n°3 : 0,5 mL d'eau oxygénée concentrée .
  • Verre n°4 : 0,5 mL d'eau oxygénée concentrée et 0,5 mL d'acide sulfurique .

Les trois derniers récipients doivent paraître vides à l'auditoire, afin que l'illusion soit réussie.

• Verser l'eau du verre n°1 dans le verre n°2 : celui-ci se colore immédiatement en violet. Ceci ressemble à du jus de raisin ou à du vin de qualité très moyenne !
• Verser la moitié du "vin" obtenu dans le verre n°3 : le liquide se colore en marron-beige et devient effervescent. Cela ressemble beaucoup à un soda du type Cola.
• Verser le reste du "vin" dans le verre n°4 : le liquide pétille et prend une teinte plus claire, comme du champagne. Avec peu de permanganate, la solution peut être incolore comme de la limonade.

4 Explications

• La première étape consiste uniquement à diluer le permanganate de potassium dans l'eau, d'où une solution de teinte violette, caractéristique des ions MnO₄^– :

KMnO₄(s) $$\mathop{\longrightarrow}^{H_2O}$$ K⁺(aq) + MnO₄^–(aq)

• La seconde étape est une réaction d'oxydoréduction (transfert d'électrons entre les deux réactifs) entre les ions permanganate et l'eau oxygénée. Selon le pH, les couples mis en jeux sont différents :
  • En milieu très acide, on a le couple MnO₄^–/Mn²⁺ :

MnO₄^– + 8 H⁺ + 5 e^– ⇄ Mn²⁺ + 4 H₂O

• • En milieu légèrement acide, on a le couple MnO₄^–/MnO₂ :

MnO₄^– + 4 H⁺ + 3 e^– ⇄ MnO₂ + 2 H₂O

• • Par contre pour l'eau oxygénée, le couple est toujours O₂/H₂O₂ :

O₂ + 2 H⁺ + 2 e^– ⇄ H₂O₂

On a donc les équations globales :

• • En milieu très acide :

2 MnO₄^–(aq) + 5 H₂O₂(aq) + 6 H⁺(aq) → 2 Mn²⁺(aq) + 5 O₂(g) + 8 H₂O(l)

L'ion Mn²⁺ donne une teinte rose pâle à la solution.

• • En milieu légèrement acide :

2 MnO₄^–(aq) + 2 H₂O₂(aq) + 2 H⁺(aq) → 2 MnO₂(s) + 3 O₂(g) + 4 H₂O(l)

Le dioxyde de manganèse , qui précipite, donne une teinte marron foncé à la solution.

• Il dégagement de dioxygène O₂ , d'où l'effervescence observée. On peut mettre en évidence le dioxygène en approchant de l'effervescence une baguette de bois incandescente (rouge mais sans flamme) : la flamme réapparaît car le dioxygène est un bon comburant. La réaction est très exothermique c'est-à-dire qu'elle dégage beaucoup de chaleur.

5 Vidéo

• L'expérience en vidéo (2,7 Mo, QuickTime), animation du 18/02/2005 - Chimie en fête.