TPE, la bulle de savon

...

Avec P la pression en Pa, V le volume en m3 , N le nombre de moles et T la température en K

Donc le nombre de moles de gaz dans la bulle est nair = [pic 16]

2.3- Masse molaire de l’air contenu, Mair

Nous la calculons en tenant compte des masses molaires respectives et de la composition.

Mair =masse molaire diazote*80% + masse molaire du dioxygène*16% + masse molaire du dioxyde de carbone*4%, Cela nous donne nous donne la masse molaire du gaz.

Mair = 14*2*0.8+16*2*0.16+(12+16*2)*0.04 = 29.28g/mol

2.4- Masse du gaz contenu dans la bulle, mair

mair = nair.Mair = .Mair [pic 17]

mair=R)3 .Mair[pic 18][pic 19]

Application numérique

mair=[pic 20]

Il nous reste plus qu’à additionner les résultats la masse du film et celle du gaz qui sont du même ordre de grandeur

Conclusion : Une bulle de savon de 6cmpèse environ 0,037g

- Structure moléculaire de la bulle de savon

Une bulle de savon se forme donc à partir d’eau et de savon. Nous nous sommes intéressés à la composition chimique du savon, pour ainsi comprendre comment se forme et tient la bulle.

LE SAVON : C’est une espèce chimique obtenu par une réaction chimique appelée saponification au cours duquel un sel d'acide gras (le savon) et un alcool sont obtenus à partir de la réaction d'un triester de glycérol et d'un ion hydroxyde apporté par exemple par une base forte). Le savon est composé de tensioactifs indispensables à la création durable d'une bulle de savons. Un ion ou une molécule amphiphiles, ici l'ion carboxylates, est à la fois constitué d’une chaine carbonée hydrophobe (qui repousse ou est repoussée par l'eau) et d’une tête polaire COOˉ hydrophile (qui a une bonne affinité chimique avec l'eau, qui aime l'eau).

[pic 21]

Dans une bulle de savon, ces ions vont donc être attirés par l’eau grâce à leur tête hydrophile, et vont s’ajuster et se fixer tout autour d’une paroi d’eau comme cela :[pic 22]

- La poussée d’Archimède

Afin de pouvoir réaliser nos prochaines expériences sans que nos bulles éclatent, nous avons du trouver une solution pour éviter le problème de la gravité, qui aurait fait éclater nos bulles au sol. Nous avons eu l’idée de poser nos bulles dans une bassine d’eau. En effet, les bulles flottent sur l’eau. Mais pourquoi ? La poussée d’Archimède explique cela.

Poussée d’Archimède : Force dirigée vers le haut, exercée par un fluide sur un objet plongé dans ce fluide.

Ainsi, un objet plongé dans l’eau va être soumis à deux forces principales :[pic 23]

En prenant en compte le volume de l’objet immergé (de la bulle dans l’eau), de la masse volumique de l’eau, et la gravité, on peut calculer Fₐ=V* ρ *g. Comme la bulle flotte, alors Fₐ > Fᵨ.

- La tension superficielle

Certaines situations ne peuvent pas s’expliquer avec la poussée d’Archimède comme les Gerris, ces petits insectes qu’on peut observer marcher sur l’eau sans couler, ou l’expérience simple du trombone qui ne coule pas dans l’eau si l’on le pose dessus, car même si la densité du trombone est plus grande que l’eau, il existe un autre principe physique appelé tension superficielle.

La tension superficielle est un phénomène physico-chimique lié aux interactions moléculaires d'un fluide. On retrouve cette force entre toutes les interfaces de deux milieux différents. On peut voir que dans une solution aqueuse, les molécules exercent des forces entre elles qui s'équilibrent. Cela s’explique par le fait qu’elles sont entourées de tous les côtés par d’autres molécules. Cependant, les molécules d’eau dans la bulle ne peuvent pas exercer de forces avec l’air, et ne sont attirées que par les autres molécules d’eau, créant ainsi un déséquilibre de force. La surface de la bulle hérite donc de propriétés particulières la rendant élastique, grâce à la relation de force exercée entre chaque molécule d’eaux. Cela s’appelle la tension superficielle. Elle est liée à la pression entre l’air à l’intérieur et à l’extérieur de la bulle par cette relation :

( voir expérience trombone )

[pic 24]

[pic 25]

II. Expériences et observation :

Lorsque nous étions petits, nous avions le reflexe de mettre beaucoup trop de savon dans notre solution afin de réaliser des bulles qu’on pensait alors plus grosses et moins fragiles. Cependant, la découverte de nouvelles recettes à bulles, et nos expériences nous ont amenés à penser le contraire.

- Concentration :

Beaucoup de solutions à bulle utilisent de la glycérine, du sucre ou encore de la maïzena. Nous nous sommes donc demandés comment rendre réellement la structure de la bulle plus résistante, en y ajoutant d’autres composants et en quelle quantité?

Afin de répondre à cette question, nous avons décidé de tester quatre solutions différentes, diluées dans de l’eau :

- Liquide vaisselle et sucre

- Savon et maïzena

- Produit du commerce

- Liquide vaisselle, sucre et glycérine

A part pour le produit du commerce (considéré comme solution « idéale »), nous avons testé chacune des solutions avec des concentrations d’eau différentes. Pour cela nous avons utilisé un pistolet à bulles, et une bassine d’eau pour y poser les bulles, qui avaient environ toutes le même diamètre (11cm). Nous avons fait les moyennes des durées obtenues afin d’avoir des résultats plus justes.

- Liquide vaisselle et sucre (solution A) :

Nous avons commencé par préparer