Volcan au bicarbonate
Le vinaigre et le bicarbonate produisent un gaz (bulles) qui peut faire monter et déborder le liquide dans un verre.
Ce qu'on a utilisé
La cuisine d'abord. S'il vous manque quelque chose, voici ce qui a bien marché chez nous.
- Liquide vaisselle (petite pression)
- Cuillère
- Torchons
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- Bicarbonate de soudeArm & Hammer Baking Soda, 1 lb
~3 c. à soupe par tour (à l’œil).
- Vinaigre blancHeinz Distilled White Vinegar, 1 gallon
Le blanc pur est le plus simple à nettoyer (pas de sucre ni colorant). Tout vinaigre blanc convient.
- Colorant alimentaire365 Plant-Based Food Coloring (4 bottles)
Couleur optionnelle pour la mousse.
- EntonnoirStainless steel kitchen funnel set
Pour verser dans l’ouverture d’une bouteille — pas pour construire le volcan lui-même.
- Grand verre transparentLibbey City Tumbler glasses (14.3 oz, set of 8)
Grand récipient transparent. Un seul suffit.
Plaque à rebords sous le volcan. Tout plateau avec des bords convient.
Les gestes
1Verre + bicarbonate
Verre sur le plateau ; ~3 c. à soupe de bicarbonate (à l’œil).
2Liquide vaisselle + couleur
Petite pression de liquide vaisselle, puis colorant. Il verse les deux.
3Verser le vinaigre
~1 tasse de vinaigre (à l’œil). Regarder la mousse monter et déborder.
- 4
Recommencer et garder le dernier pour l’enfant
Recommencer. Garder le dernier versement « tout » pour l’enfant.
Ce qu'ils en ont pensé
Ce soir le 3 ans a demandé d’autres volcans — on en a refait ; ça lui a plu. Le 1 an criait (de joie) à chaque éruption. Le mieux : un grand verre transparent sur un plateau en verre. Il verse le liquide vaisselle et le colorant après le bicarbonate. Il a adoré — surtout le dernier tour avec tout : toute la couleur, tout le vinaigre, tout le bicarbonate. Utiliser l’entonnoir comme volcan n’a pas bien marché ; l’entonnoir aide pour verser. Recette à chaque fois : ~3 cuillères à soupe de bicarbonate, une petite pression de liquide vaisselle, ~1 tasse de vinaigre (un peu à l’œil). Laisser l’enfant faire à la fin. On a fini une bouteille de vinaigre blanc et du bicarbonate. N’importe quel vinaigre marcherait sans doute, mais le vinaigre blanc pur n’a pas de sucre ni de couleur — plus simple à nettoyer. On a essayé un biberon — ça marche bien avec une ouverture un peu plus petite que la base.
Accrochez-vous
Les flèches orange des deux panneaux sont en pointillés. Les pointillés signifient que quelque chose se déplace (ici bulles et mousse qui montent), pas une poussée.
Panneau 1, « Acide + bicarbonate → gaz CO₂ ». À gauche, le verre sur le plateau. Le bicarbonate est au fond, le vinaigre se verse depuis la tasse, et les premières bulles apparaissent déjà sur la poudre. Le cercle est une loupe. La grande fenêtre à droite est cet endroit, zoomé très loin. Ce n’est pas à l’échelle ; les grains et bulles sont dessinés assez grands pour les voir.
Les morceaux crème au fond sont des grains de bicarbonate. Le bicarbonate est du bicarbonate de sodium. Le bleu pâle tout autour est le vinaigre : surtout de l’eau, avec un acide faible dissous, l’acide acétique. C’est pour ça que l’étiquette dit « vinaigre (eau + acide) ».
Quand l’acide touche un grain, il donne au bicarbonate un ion hydrogène (un proton, H⁺). Ce qui se forme est de l’acide carbonique, instable. Il se décompose tout de suite en eau et dioxyde de carbone. C’est la légende du panneau 1 : « Le résultat (acide carbonique) se sépare en eau + CO₂. »
Au début ce CO₂ est dissous dans le liquide, comme le gaz dans une bouteille de soda fermée. Très vite il y en a plus que le liquide peut en tenir, donc il sort en bulles. Les bulles naissent le plus facilement sur des surfaces rugueuses. Regardez où sont les bulles blanches dans le zoom : sur les grains (« nouvelle bulle de CO₂ »). Des bulles apparaissent partout sur la poudre, sur les surfaces rugueuses des grains, en quelques secondes.
Quand une bulle est assez grosse, elle se détache et monte. Ce sont les courtes flèches en pointillés vers le haut. Le gaz est du dioxyde de carbone : la même molécule que les bulles dans un soda, et une partie de ce qu’on expire.
Panneau 2, « Mousse = liquide étiré autour du gaz ». À gauche, le verre est rempli de mousse. Elle forme un dôme au-dessus du bord et coule sur le plateau (flèche en pointillés : « la mousse monte »). Tout en bas du verre, sous la mousse, une fine couche de liquide clair. C’est le liquide qui s’est déjà écoulé hors de la mousse. Le zoom à droite est un morceau de cette mousse au bord.
Regardez ce qu’est la mousse. De grosses bulles blanches de CO₂ se serrent dans le liquide. Où deux bulles se touchent presque, le liquide entre elles n’est qu’une fine paroi (« fine paroi de liquide »). Ce liquide est le même que dans le verre : eau vinaigrée, avec les restes de la réaction dissous. Rien de nouveau et gluant n’a été créé. Le même liquide a été étiré autour de beaucoup de gaz.
Le gaz prend beaucoup de place. Avec cette recette la réaction produit environ dix fois le volume du verre en gaz, donc la mousse doit monter et déborder sur le plateau. Rien ne « devient de la lave ».
Le cercle en haut à droite de ce zoom zoome encore sur une paroi : « eau » au milieu, « gaz » des deux côtés. Les petits points verts avec une queue, alignés sur les deux faces, sont les « molécules de savon ». Chacune a sa tête dans l’eau et sa queue dans le gaz. C’est tout ce que fait le liquide vaisselle. Il ne fait pas plus de gaz. Il se pose sur les parois et les aide à durer avant d’éclater, donc la mousse est plus épaisse et monte plus haut.
En une ligne : une réaction acide-base (bicarbonate + acide acétique) produit du dioxyde de carbone dans le liquide, et le liquide est étiré en mousse autour.
Chiffres
Réaction : NaHCO₃(s) + CH₃COOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l) + CO₂(g). En mots : bicarbonate + acide acétique → sel d’acétate + eau + dioxyde de carbone gazeux. Le gaz est ce que vous voyez en effervescence et mousse. Avec cette recette (3 c. à soupe de bicarbonate, 1 tasse de vinaigre) le vinaigre s’épuise en premier et produit environ 5 litres de CO₂, environ dix fois le volume du verre. C’est pour ça que ça doit déborder.
Aller plus loin
Touchez le verre : il se refroidit un peu, car cette réaction absorbe de la chaleur. Le gaz lui-même est invisible et sans odeur ; l’odeur forte vient du vinaigre. Le débordement est liquide restant + bulles. Le liquide vaisselle ne fait pas plus de CO₂ — il aide les bulles à durer plus longtemps pour une mousse plus épaisse (tensioactif). Le vinaigre blanc du commerce est en général environ 5 % d’acide acétique (environ 5 g pour 100 mL) ; le reste est de l’eau. C’est largement suffisant pour cette démo.
Essayez : lequel s'épuise en premier ?
Choisissez les quantités de bicarbonate et de vinaigre, versez, et voyez lequel s'épuise en premier.
À savoir
Utiliser du vinaigre alimentaire (5 % d’acide), pas du vinaigre nettoyant (8–14 %). Le vinaigre nettoyant pique beaucoup plus les yeux.