Détermination de la taille d'une molécule

Les molécules comptent parmi les plus petits objets existants. Mais quelle est leur taille ? Afin de le déterminer nous allons travailler avec l'acide stéarique qui est une molécule contenant dix huit atomes de carbone, trente six atomes d'hydrogène et deux d'oxygène. Il est composé d'une chaîne carbonée hydrophobe (qui n'aime pas l'eau) et d'une tête carboxylique hydrophile (qui aime l'eau).
On le représente sous la forme schématique suivante :

Objectifs

• Déterminer l'ordre de grandeur de la taille d'une molécule
• Utiliser des formules pour déterminer une inconnue

1. Questions préliminaires

1. On verse une goutte d'acide stéarique dans de l'eau. Représenter la position des molécules par rapport à la surface de l'eau.
2. Quelle est la surface, notée Scar, d'un carré de côté de longueur 2cm ?
3. Quelle est la surface, notée Srec, d'un rectangle de côtés de longueur 4 cm et 6 cm ?
4. Quelle est la surface, notée Sdis, d'un disque de rayon 3 cm ?
5. Dans le carton sur votre table, découper un carré de côté 2cm, un rectangle de côtés 4cm et 6cm ainsi qu'un disque de rayon 3cm. A l'aide de la balance du bureau, déterminez la masse mcar du carré, celle mrec du rectangle ainsi que celle mdis du disque.
6. Calculer les rapports Scar / mcar puis Srec / mrec et enfin Sdis / mdis
7. Comparer les trois rapports et conclure.
   
   

2. Mode opératoire

Remplir le cristallisoir d'eau. Saupoudrer légèrement la surface d'eau avec du talc.
A l'aide d'une pipette pasteur verser une goutte d'acide stéarique sur l'eau.
Sans agiter le cristallisoir, recouvrez celui-ci d'un film plastique.
Dessinez les contours de la tache d'acide stéarique sur le film plastique.
Reporter précisément ces contours sur la feuille de carton.
Découper le carton en suivant les contours.
Peser le morcau de carton découpé.

3. Compte rendu

1. Rédigez vos réponses aux questions préliminaires.
2. Indiquer la masse de votre morceau de carton. Donner (sans calcul et en vous aidant des questions f) et g)) la valeur du rapport Scarton / mcarton. En déduire la surface du carton puis celle de la tache d'acide stéarique.
3. « Dans les conditions de l'expérience, la taille d'une molécule est égale à la hauteur de la tache. » En vous aidant de la question a) et de l'observation de la taille de la tache par rapport à celle du cristallisoir, justifier cette affirmation.
4. Quelle est la relation liant la surface S, la hauteur h et le volume V ?
5. Proposer une méthode pour déterminer le volume d'une goutte de solution.
6. Sachant que l'éther de pétrole est très volatil, que se passe-t-il quand on laisse tomber la goutte de solution dans l'eau ?
7. Connaissant le volume d'une goutte et sachant qu'un litre de solution contient 0,1g d'acide stéarique, quelle est la masse d'acide stéarique contenu dans une goutte de solution ? (donner le résultat en grammes).
8. Sachant que la masse d'acide stéarique est : r = 0,95 kg.L-1, en déduire le volume d'acide stéarique présent dans une goutte de solution.
9. Calculer la hauteur de latache d'acide stéarique et en déduire l'ordre de grandeur de la taille d'une molécule d'acide stéarique.
10. Le résultat obtenu vous paraît-il cohérent ?
11. Pourquoi ne doit-on mettre qu'une goutte de solution ?

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