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Fiche explicative de la leçon : Equipement scientifique Chimie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier différents appareils de laboratoire, et discerner comment et quand les utiliser.

Commençons par apprendre à mesurer en laboratoire la masse, le volume d’un liquide et celui d’un gaz. On mesure la masse à l’aide une balance. On peut principalement choisir entre deux types de balances:les balances à chargement par le haut et les balances analytiques. Des exemples de ces deux types de balances sont illustrés ci-dessous.

Les balances à chargement par le haut sont moins précises et donnent des masses au gramme près, au dixième de gramme près, ou au centième de gramme près, en fonction de la balance. Les balances d’analyse sont contenues dans un boîtier de protection et donnent généralement les masses au dix-millième de gramme près.

Les produits chimiques ne doivent jamais être pesés directement sur le plateau de la balance. Il faut les placer dans une capsule de pesée ou dans un autre contenant ouvert, comme illustré ci-dessous.

On peut prélever des produits chimiques solides dans un flacon de réactif et les ajouter à la capsule de pesée à l’aide d’une spatule, illustrée ci-dessous.

Il y a diverses façons de mesurer le volume d’un liquide. Les éprouvettes graduées sont des pièces de verrerie étroites et cylindriques avec des graduations pour indiquer le volume de liquide dans l’éprouvette. L’image ci-dessous illustre une éprouvette graduée telle qu’on la voit le plus souvent.

Il y a des éprouvettes graduées pour des volumes allant de 10 mL à 1‎ ‎000 mL. Les tailles varient, donc les graduations varient aussi. Il est toujours important de regarder les échelles des divisions et sous-divisions de l’éprouvette utilisée.

Lorsqu’on veut transférer un petit volume de liquide avec exactitude et précision, on doit utiliser une pipette. Il existe plusieurs types de pipettes, mais elles fonctionnent toutes en aspirant un liquide dans un cylindre étroit. Il y a des pipettes en verre et des pipettes en plastique et elles peuvent être graduées ou volumétriques. Les pipettes graduées ont de nombreux traits et on peut les utiliser pour mesurer des volumes variés, tandis qu’une pipette volumétrique n’a qu’un seul trait et ne peut être utilisée que pour mesurer un volume spécifique. L’image ci-dessous montre une pipette graduée et une pipette volumétrique.

Une aspiration peut être appliquée au sommet de la pipette à l’aide d’une poire, d’une propipette ou d’une pompe, comme illustré ci-dessous.

Lorsqu’on ne connaît pas le volume de liquide nécessaire dans une expérience, comme dans une expérience de titrage, on peut utiliser une burette. Une burette, illustrée ci-dessous, ressemble beaucoup à une pipette graduée.

Cependant, on n’utilise pas d’aspiration pour mettre du liquide dans une burette. On remplit la burette de liquide par le haut et on ouvre le robinet en bas pour permettre au liquide de s’écouler. Les burettes sont numérotées de haut en bas pour qu’on puisse facilement déterminer le volume de liquide qui en sort. Lors du remplissage d’une burette, il est important de toujours s’assurer que le robinet est en position fermée, perpendiculairement à la burette, avant d’ajouter du liquide. Ceci est illustré dans le dessin ci-dessous.

Le volume d’un gaz peut être mesuré à l’aide d’une seringue à gaz, illustrée ci-dessous. Le cylindre de la seringue est gradué pour indiquer le volume. On utilise un tuyau pour relier la seringue à un récipient de réaction. Au fur et à mesure que du gaz est produit, ce dernier déplace le piston et on peut lire le volume.

Exemple 1: Identifier l’utilité une balance

À quoi pourrait servir ce montage de laboratoire?

  1. À mesurer le pH d’une solution
  2. À mesurer la température d’une substance
  3. À mesurer la masse d’une substance
  4. À mesurer le volume d’un liquide ou d’un gaz
  5. À mesurer le temps

Réponse

Le pH d’une solution peut être mesuré avec une sonde de pH. La température d’une substance est mesurée à l’aide d’un thermomètre. La masse d’une substance est mesurée à l’aide d’une balance. Le volume d’un liquide peut être mesuré en utilisant un cylindre gradué, une pipette ou une burette, tandis que le volume d’un gaz peut être mesuré avec une seringue à gaz. Le temps est mesuré avec une montre ou un chronomètre.

La figure représente une balance à chargement par le haut avec un bécher. Cette configuration est utilisée pour mesurer la masse d’une substance. La bonne réponse est C.

Exemple 2: Reconnaître une burette

Laquelle des images suivantes montre une burette?

Réponse

Une burette est une pièce cylindrique utilisée pour distribuer un liquide, en particulier lorsqu’on ne connaît pas précisément le volume total de liquide nécessaire dans une expérience. Une burette a des graduations sur le verre pour indiquer le volume et, en bas, un robinet pouvant être tourné pour libérer le liquide.

(A) a des graduations, mais n’a pas de robinet. C’est l’image d’une seringue. (B) n’a pas de graduations visibles ni de robinet. C’est l’image d’une pipette volumétrique avec une pompe à pipette fixée dessus. (C) a des graduations, mais n’a pas de robinet ni de moyen de libérer du liquide par le bas du récipient. C’est l’image d’une éprouvette graduée. (D) a des graduations et un robinet. (D) est une burette.

Pour transporter ou contenir des produits chimiques, ou les faire réagir ensemble, on peut choisir parmi de nombreuses pièces de verrerie. Les béchers sont des récipients cylindriques avec un bec verseur. Un bécher est illustré ci-dessous.

Les béchers sont couramment utilisés comme récipients de stockage temporaire lors d’une expérience ou comme récipients pour chauffer de l’eau. Les béchers ont parfois des graduations de volume sur le côté, mais ces graduations ne sont pas exactes. Un bécher ne doit donc jamais être utilisé pour mesurer des volumes exacts.

Un bécher n’a pas de couvercle, mais on peut placer un verre de montre pour le couvrir.

Les verres de montre peuvent également être utilisés pour peser des solides sur une balance, ou comme surfaces sur lesquelles on fait s’évaporer de petites quantités de liquide.

Si on veut évaporer de plus grandes quantités de liquide (10 mL - 100 mL), on peut utiliser une capsule d’évaporation. Les capsules d’évaporation, telles que celle illustrée ci-dessous, sont généralement en céramique et elles offrent une grande surface de liquide pour favoriser l’évaporation.

Il est souvent nécessaire de dissoudre un solide dans un liquide pour produire une solution avec un volume spécifique. Dans un tel cas, on peut utiliser une fiole jaugée, illustrée ci-dessous.

Sa forme permet de dissoudre facilement le solide dans le liquide sans faire d’éclaboussures. Il y a une seule graduation sur le col. Le remplissage jusqu’à la graduation nous donne une solution avec un volume très précis. Comme les fioles jaugées ne peuvent contenir qu’un volume spécifique d’une solution, on les trouve dans des volumes variés allant d’un millilitre à plusieurs litres.

Une fiole Erlenmeyer, couramment appelée « erlenmeyer » est un récipient couramment utilisé pour effectuer des réactions. L’image ci-dessous montre deux types différents d’erlenmeyers.

La base d’un erlenmeyer est semblable à celle d’un bécher. Comme les béchers, bien que les erlenmeyers aient souvent des graduations, celles-ci ne doivent pas être utilisées pour une mesure précise. À la différence des béchers, les erlenmeyers sont en forme conique. Cela fait de l’erlenmeyer un excellent choix pour les réactions nécessitant une agitation, car le col étroit aide à réduire les éclaboussures.

Les ballons à fond rond sont généralement utilisés pour des montages d’appareils qui impliquent de multiples raccords de verrerie ou lorsqu’une réaction nécessite un chauffage plus uniforme. Un exemple de ballon à fond rond est illustré ci-dessous.

Puisque les fonds sont ronds, les ballons doivent être attachés par leur col ou placés sur un valet de liège pour se tenir droits.

Pour les réactions à plus petite échelle, le stockage d’échantillons ou le chauffage de petites quantités de substances, on peut utiliser un tube à essai. Pour chauffer une substance, il est préférable de choisir un tube à essai large. Ces deux types de tubes à essai sont illustrés ci-dessous. Le diamètre plus grand permet de limiter le risque de projections lors de l’ébullition du liquide.

On utilise des porte-tubes à essai pour stocker de nombreux tubes à essai.

Pour transférer des substances d’un récipient à un autre, on peut utiliser un entonnoir, illustré ci-dessous, pour éviter les déversements.

Bien qu’on puisse chauffer des béchers, erlenmeyers, ballons à fond rond et tubes à essai, on ne peut les chauffer sans danger que jusqu’à environ 450C. Si on veut dépasser 450C, on doit utiliser un creuset.

Les creusets sont généralement fabriqués en porcelaine ou en acier inoxydable et peuvent supporter des températures allant jusqu’à 800C.

Exemple 3: Identifier une pièce de laboratoire

Quelle pièce de laboratoire est illustrée ci-dessous?

Réponse

Cette pièce a un fond plat. Les béchers, cylindres graduées, fioles jaugées et erlenmeyers ont un fond plat. La partie supérieure de ce récipient se rétrécit en un col étroit. Les fioles jaugées et les erlenmeyers ont des cols coniques. La base d’une fiole jaugée est plus arrondie que celle d’un erlenmeyer. Le col d’une fiole jaugée est long et étroit, tandis que celui d’un erlenmeyer est plus court et plus large. Les fioles jaugées ont une seule graduation sur le col, tandis que les erlenmeyers peuvent avoir ou ne pas avoir de graduations. Le dessin montre une fiole Erlenmeyer.

Il y a plusieurs façons de chauffer des substances en laboratoire. Les béchers, capsules d’évaporation et erlenmeyers peuvent facilement être chauffés en les posant sur une plaque chauffante.

Les plaques chauffantes simples ont un bouton tournant qui permet d’augmenter la chaleur produite. Certaines plaques chauffantes ont un deuxième bouton tournant, pour contrôler la vitesse de rotation d’un barreau aimanté afin d’agiter le mélange de manière constante.

Les béchers, erlenmeyers, ballons à fond rond, tubes à essais et creusets peuvent être chauffés avec un bec Bunsen. Un bec Bunsen classique est illustré ci-dessous.

Le raccord près de la base du bec Bunsen est relié par un tuyau à gaz à une arrivée de gaz fournissant un gaz inflammable, généralement du propane ou du butane.

Lorsqu’il est alimenté en gaz, le bec Bunsen peut être allumé avec une allumette, un briquet ou un allume-gaz.

La couleur de la flamme produite peut varier de l’orange au bleu profond, en fonction de la quantité d’air se mélangeant au gaz inflammable. On peut contrôler la quantité d’air en faisant tourner la virole.

Lorsque la virole est fermée, la combustion est incomplète et la flamme est orange. Lorsque la virole est complètement ouverte, la combustion est complète et la flamme est bleue. Une flamme orange, parfois appelée une flamme de sécurité, est moins chaude qu’une flamme bleue. On doit utiliser une flamme bleue pour chauffer des substances et revenir à une flamme orange entre les chauffages.

Pour utiliser un bec Bunsen, on doit s’assurer qu’il est placé sur une surface résistante à la chaleur et que la zone autour du bec Bunsen est dégagée. On ne doit pas utiliser de bec Bunsen pour chauffer des substances inflammables, mais une plaque chauffante. Quelle que soit la source de chaleur, il est important de ne jamais chauffer un récipient fermé, car la pression peut augmenter et le récipient peut exploser.

Exemple 4: Identifier la couleur d’une flamme de bec Bunsen

De quelle couleur sera la flamme du bec Bunsen si l’entrée d’air est complètement ouverte?

Réponse

La virole d’un bec Bunsen peut être tournée pour contrôler la quantité d’air pouvant se mélanger au gaz inflammable. Lorsque la virole est fermée, la combustion du gaz est incomplète et la flamme est orange. Lorsque la virole est ouverte, le gaz brûle complètement et la flamme est bleue. Lorsque l’entrée d’air du bec Bunsen est complètement ouverte, on a une flamme bleue.

Il y a plusieurs façons de positionner la verrerie au-dessus d’un bec Bunsen. On peut placer un treillis métallique sur un trépied au-dessus du bec Bunsen, puis placer un récipient à fond plat sur ce treillis métallique. Ce montage est illustré ci-dessous.

Un triangle en argile peut être placé sur le trépied pour y placer un creuset.

On doit toujours faire attention en chauffant des substances. La verrerie chaude et la verrerie froide ont le même aspect. On peut utiliser des pinces pour saisir et déplacer de la verrerie chaude. Une sélection de différentes pinces est illustrée ci-dessous.

Une pince pour tube à essai peut également être utilisée pour tenir un tube à essai au-dessus du bec Bunsen. Le tube à essai doit être tenu incliné dans une direction évitant les personnes présentes dans le laboratoire, comme illustré ci-dessous.

On peut également utiliser des pinces fixes pour maintenir le matériel au-dessus du bec Bunsen. Des pinces et supports spéciaux peuvent être fixés à un statif, illustré ci-dessous.

Un anneau de fer peut être fixé directement au statif en serrant la pince à vis, comme indiqué ci-dessous.

Comme sur un trépied, des treillis métalliques et des triangles pour creuset peuvent être placés sur l’anneau pour y poser des béchers et des creusets.

Des pinces à deux ou trois doigts peuvent être attachées au statif pour y faire tenir des tubes à essai, ballons à fond rond et autres pièces de verrerie à col étroit. Ces pinces peuvent avoir une vis de serrage pour une fixation directe, ou bien elles peuvent nécessiter une noix de serrage pour être fixées au statif.

Une noix de serrage consiste en deux vis de serrage. L’une est serrée autour du statif et l’autre est serrée autour du bras de la pince. La vis de serrage tenant le bras doit toujours être fixée avec l’ouverture tournée vers le haut de sorte que si la vis venait à se desserrer, l’objet fixé aurait moins de chances de tomber.

Toute pince attachée au statif doit être placée de sorte que le matériel qu’elle tient se trouve directement au-dessus de la base du statif. Cela permet d’éviter que le statif ne bascule.

Résumons ce que nous avons appris sur le matériel scientifique.

Points Clés

  • La masse d’une substance peut être mesurée avec une balance.
  • Le volume d’un liquide peut être mesuré avec une éprouvette graduée, une pipette ou une burette.
  • Le volume d’un gaz peut être mesuré avec une seringue à gaz.
  • Diverses pièces de verrerie peuvent être utilisées pour contenir ou transporter des produits chimiques, comme des béchers, des fioles Erlenmeyer et des tubes à essai.
  • Les becs Bunsen et les plaques chauffantes sont des sources de chaleur couramment utilisées en laboratoire.
  • La verrerie peut être maintenue en place à l’aide de diverses pinces fixées à un statif.

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