TP Physique EXPERIENCE DE FRANKLIN

En 1774, à Clapham, près de Londres, Benjamin Franklin fait l’expérience suivante. Au bord d’un étang, il verse une cuillerée d’huile à la surface de l’eau et constate que la tache s’étale sur une très grande superficie (environ 2000 m²). L’expérience est reproduite 100 ans plus tard par Lord Rayleigh qui observe le même phénomène.

Pourquoi la tache d’huile se répand-elle sur une surface aussi grande ? Que se passe-t-il au niveau des molécules ?

Propriétés des molécules d’huile :

Les molécules d’huile possèdent deux parties distinctes ayant des comportements opposés.

L’une des extrémités de la molécule aime s’entourer d’eau. Cette extrémité hydrophile (hydro ↔ eau ; phile ↔ aimer) est généralement appelée « tête ».

Le reste de la molécule est une chaîne carbonée hydrophobe  (elle a tendance à fuir l’eau).

Lorsque les molécules d’huile sont introduites dans l’eau, elles se regroupent à la surface comme le montre le schéma ci-dessous. On obtient alors une couche huileuse régulière.

Intérêt de l’expérience de Franklin :

En connaissant le volume d’huile utilisé ainsi que la surface de la tache, on peut déterminer l’épaisseur de cette tache qui correspond à la longueur d’une molécule d’huile.

On a en effet la relation : volume = surface * hauteur.

Remarque :

Dans les savons et les détergents, on trouve de nombreuses molécules semblables aux molécules d’huile. Comme elles possèdent une partie hydrophile et une partie hydrophobe, on dit que ce sont des molécules amphiphiles.

Réalisation de l’expérience de Franklin au laboratoire :

On se propose de suivre une démarche identique à celle de Franklin pour déterminer la taille des molécules amphiphiles présentes dans un détergent. Pour cela, on dispose d’une solution S₀ résultant d’un mélange {détergent + acétone}.

§ Remplir d’eau un cristallisoir puis le poser sur une feuille de papier millimétré.

§ Saupoudrer la surface de l’eau avec du poivre de manière à obtenir une fine couche de grains noirs.

§ A l’aide d’une pipette pasteur, déposer une goutte de solution S₀ au centre du cristallisoir. Qu’observe-t-on ?

§ En utilisant la feuille de papier millimétré, déterminer la surface de la tache formée par la solution S₀.

§ Proposer un protocole permettant de connaître le volume d’une goutte de solution S₀. Le faire vérifier par le professeur puis le réaliser. En déduire le volume recherché V_goutte.

§ Sachant que le détergent occupe 0,2 % du volume de la solution S₀, déterminer le volume de détergent introduit dans le cristallisoir.

§ Calculer la longueur d’une molécule amphiphile.