Qu’est-ce que la chimie de banc ?

La chimie de laboratoire est le type qui est effectué de la manière la plus traditionnelle – le scientifique mélange et manipule les produits chimiques directement, n’utilisant aucun des appareils de haute technologie ou des approches théoriques qui peuvent être associés aux aspects les plus modernes de la discipline. Essentiellement, il s’agit d’expériences et de démonstrations qui peuvent être réalisées avec quelques produits chimiques ; quelques tubes à essai, flacons et béchers ; et un bec Bunsen. L’image stéréotypée d’un scientifique en blouse blanche versant des produits chimiques d’un tube à essai à un autre est un parfait exemple de chimie de laboratoire. La chimie humide est parfois utilisée comme synonyme de cette activité ; cependant, il s’agit d’un terme industriel avec une définition beaucoup plus flexible, et peut également faire référence à l’utilisation d’équipements de haute technologie que l’on ne trouve généralement pas sur un établi de laboratoire.

Techniques

Le terme chimie de laboratoire recouvre de nombreuses techniques scientifiques différentes qui sont utilisées dans un laboratoire. Une règle générale est que s’il s’agit d’une méthode qui peut être facilement pratiquée sur un établi sans qu’un ordinateur effectue la plupart des calculs et des analyses, il s’agit alors d’une technique de chimie de laboratoire. Les méthodes analytiques comprennent le titrage, l’analyse gravimétrique, les tests à la flamme et les tests aux billes de borax. Des échantillons d’éléments ou de composés peuvent également être préparés à l’établi. L’expérimentation, ou simplement mélanger les choses pour voir ce qui se passe, est souvent une activité de banc, et de nombreuses découvertes importantes continuent d’être faites de cette manière.

Méthodes analytiques

Une grande partie de la chimie concerne l’analyse : étudier un échantillon de matériau pour déterminer quels éléments ou composés il contient. Bien qu’il existe des instruments, tels que des spectromètres, qui peuvent être utilisés pour effectuer des analyses détaillées, il existe également une grande variété de tests au banc simples qui peuvent être effectués simplement en mélangeant une ou deux substances ou en chauffant quelque chose dans une flamme Bunsen. Ces procédures peuvent être démodées, mais elles ne nécessitent pas d’équipement coûteux et peuvent apprendre beaucoup de choses aux étudiants sur la chimie. Dans le passé, ils ont conduit à des percées importantes, telles que la découverte de nouveaux éléments.

Le titrage – parfois appelé analyse volumétrique – est une méthode utilisée pour établir la concentration d’un composé dissous. Par exemple, si un chimiste veut savoir combien d’acide chlorhydrique est présent dans une solution dans l’eau, il peut ajouter une solution alcaline, telle que l’hydroxyde de sodium, de concentration connue jusqu’à ce que la solution résultante soit neutre. Il est alors possible de calculer la concentration de l’acide chlorhydrique à partir du volume de soude utilisée.

L’analyse gravimétrique repose sur la masse plutôt que sur le volume et consiste à peser le composé ou l’élément d’intérêt, après l’avoir isolé d’un échantillon. Par exemple, pour connaître la quantité d’un métal présent dans un minerai, un chimiste peut d’abord dissoudre le minerai dans un acide, puis ajouter une base qui réagit avec le métal pour former un composé qui n’est pas soluble. Celui-ci sortira de la solution sous la forme d’une fine poudre connue sous le nom de précipité, qui pourra ensuite être filtrée et pesée. Il est alors possible, en connaissant les poids atomiques du métal et des autres éléments du composé précipité, de déterminer la quantité de métal présente dans le minerai.

Un test de flamme est basé sur les couleurs produites lorsque certains métaux sont fortement chauffés dans une flamme Bunsen. Par exemple, le baryum donnera du vert, du strontium, du rouge et du césium, du bleu. Le test est normalement effectué à l’aide d’un fil de platine avec une petite boucle à l’extrémité, qui sert à prélever une petite quantité de l’échantillon et à l’introduire dans la flamme.
Une autre façon de détecter les métaux est le test aux billes de borax. Toujours à l’aide d’une boucle en fil de platine, une petite quantité de borax (tétraborate de sodium) est fondue dans une flamme Bunsen, puis utilisée pour prélever une infime quantité de l’échantillon. Ce mélange est ensuite fondu à nouveau dans la flamme pour former une petite perle ronde. Les métaux présents dans l’échantillon produiront des billes de différentes couleurs. La couleur dépend également de la partie de la flamme dans laquelle la perle est chauffée, et la perle peut changer de couleur en refroidissant. A partir des couleurs produites, il est souvent possible d’identifier quel métal est présent.

Préparation d’échantillons de produits chimiques
Les méthodes au banc peuvent également être utilisées pour préparer ou purifier des échantillons de produits chimiques particuliers. La distillation est une technique courante. Un mélange de liquides avec des points d’ébullition différents – par exemple, l’eau et l’éthanol – peut être séparé en le plaçant dans un ballon connecté à un condenseur, ou dans une cornue, et en le chauffant à une température supérieure au point d’ébullition d’un, mais en dessous le point d’ébullition de l’autre. Le liquide avec le point d’ébullition inférieur est vaporisé et peut être condensé et collecté.
La précipitation est une autre méthode qui peut être utilisée pour préparer un produit chimique insoluble dans l’eau. Un échantillon pur de carbonate de calcium (CaCO3), par exemple, peut être préparé en mélangeant une solution d’un composé de calcium soluble – tel que le chlorure de calcium (CaCl2) – avec une solution d’un carbonate soluble – tel que le carbonate de sodium (Na2CO3), dans un bécher. Le carbonate de calcium forme un précipité au fond du bécher. L’autre produit de la réaction, le chlorure de sodium (NaCl), qui est soluble, pourrait être obtenu en évaporant le liquide restant. Cette méthode peut être utilisée pour préparer de nombreux composés différents.

Le banc
La chimie de banc tire son nom de l’établi de laboratoire traditionnel. On les trouve à la fois dans les laboratoires industriels et universitaires, et presque tous ceux qui apprennent les sciences naturelles travailleront à un moment donné sur l’un de ces bancs. Ils sont généralement résistants aux taches, à la chaleur et à la corrosion afin que les déversements de produits chimiques et les expériences bâclées ne causent pas de dommages importants, et peuvent être équipés de sorties de gaz auxquelles un bec Bunsen peut être fixé. Certains établis sont également entourés de systèmes de ventilation appelés hottes aspirantes pour protéger les utilisateurs des gaz toxiques pouvant être libérés lors de certaines réactions chimiques.