Analyse et synthèse de l'eau

1. Analyse et synthèse : deux mots à comprendre

• Faire l'analyse d'un corps, c'est le décomposer pour savoir de quoi il est formé.
• Faire la synthèse d'un corps, c'est le fabriquer à partir de corps plus simples.

Pour l'eau, l'analyse se fait par électrolyse (décomposition par le courant électrique) ; la synthèse se fait en faisant réagir deux gaz.

2. L'électrolyse de l'eau (analyse)

Dispositif : un électrolyseur est un récipient contenant de l'eau dans lequel plongent deux électrodes (tiges conductrices, en graphite ou en métal) reliées à un générateur de courant continu (pile). L'électrode reliée à la borne + s'appelle l'anode ; celle reliée à la borne − s'appelle la cathode. On place au-dessus de chaque électrode un tube à essais rempli d'eau et retourné pour recueillir les gaz.

L'eau pure conduit très mal le courant : on y ajoute un peu de soude (ou d'acide) pour la rendre conductrice. Ce produit n'est pas décomposé ; il sert seulement à faire passer le courant.

Observations

• des bulles de gaz se forment sur les deux électrodes ;
• le niveau de l'eau baisse : de l'eau disparaît ;
• le volume de gaz recueilli à la cathode (−) est le double du volume recueilli à l'anode (+).

3. Identifier les gaz obtenus

Le dihydrogène : on approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube. Le gaz brûle avec une petite détonation (on dit parfois qu'il « aboie »).

Le dioxygène : on introduit une bûchette incandescente (qui rougeoie sans flamme). Elle se rallume vivement : le dioxygène entretient les combustions.

Conclusion de l'analyse : l'électrolyse décompose l'eau en dihydrogène et en dioxygène, deux corps simples. L'eau est donc un corps composé, formé des éléments hydrogène et oxygène.

On peut l'écrire sous forme de bilan en mots :

eau → dihydrogène + dioxygène

La proportion est toujours la même : 2 volumes de dihydrogène pour 1 volume de dioxygène.

4. La synthèse de l'eau

Dispositif : on utilise un eudiomètre, un tube épais et gradué, fermé en haut, qui contient deux fils métalliques permettant de produire une étincelle électrique. On y introduit un mélange de dihydrogène et de dioxygène, au-dessus de l'eau ou du mercure.

Expérience : on introduit par exemple 20 mL de dihydrogène et 10 mL de dioxygène, puis on fait jaillir une étincelle.

Observations

• une petite explosion se produit ;
• des gouttelettes apparaissent sur la paroi : elles font bleuir le sulfate de cuivre anhydre, c'est donc de l'eau ;
• les gaz ont disparu : ils ont été consommés.

Si l'on met les gaz dans une autre proportion, il reste du gaz en excès après l'étincelle. Le dihydrogène et le dioxygène réagissent toujours dans la proportion de 2 volumes pour 1 volume, exactement comme dans l'électrolyse.

Bilan en mots :

dihydrogène + dioxygène → eau

5. Les proportions en masse

On peut aussi mesurer les masses. On trouve toujours que 1 g de dihydrogène réagit avec 8 g de dioxygène pour former 9 g d'eau. La masse d'eau formée est égale à la masse des gaz qui ont réagi (tu retrouveras cette idée avec la loi de Lavoisier).

6. Ce qu'il faut conclure

L'analyse et la synthèse donnent la même conclusion :

• l'eau est un corps pur composé ;
• elle est formée de deux éléments, l'hydrogène et l'oxygène ;
• ces éléments sont toujours dans les mêmes proportions (2 volumes de dihydrogène pour 1 volume de dioxygène ; 1 g d'hydrogène pour 8 g d'oxygène).

Ces expériences sont des réactions chimiques : des substances disparaissent et d'autres apparaissent. Tu l'étudieras en détail plus tard.

Sécurité : un mélange de dihydrogène et de dioxygène (ou d'air) est explosif. On ne réalise ces expériences qu'en petites quantités, au laboratoire, avec le professeur.