Qu’est-ce que la diffusion ?
Les particules des liquides et des gaz sont toujours en mouvement et se heurtent sans cesse. À cause de ce mouvement, une substance se répand d’une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration, jusqu’à être uniforme dans tout le récipient. L’encre versée dans l’eau se répand même sans agitation. Le parfum vaporisé dans un coin d’une pièce se sent dans l’autre coin.
Dans les solides, les particules vibrent seulement sur place, donc la diffusion est très lente.
Qu’est-ce qui change la vitesse de diffusion ?
| Facteur | Effet | Exemple dans le simulateur |
|---|---|---|
| Température | Quand elle monte, les particules bougent plus vite et la diffusion s’accélère | Encre : 45 s dans l’eau à 5 °C, environ 8 s dans l’eau à 80 °C |
| Masse des particules | Les particules légères se répandent plus vite | L’ammoniac NH3 se répand 2.3 fois plus vite que le dibrome Br2 |
| Pression | Quand elle monte dans un gaz, les particules se rapprochent et se heurtent plus souvent, donc la diffusion ralentit. Elle n’a presque aucun effet dans les liquides | Dibrome : 9 s à 1 atm, 18 s à 2 atm |
| Taille du récipient | Dans un grand récipient, les particules vont plus loin, donc le mélange prend plus de temps | Dibrome : 9 s dans 1 L, environ 14 s dans 2 L |
La diffusion est bien plus rapide dans les gaz que dans les liquides. La vraie différence est d’environ 10 000 fois, mais le simulateur accélère le temps pour que ce soit plus facile à voir. Les secondes à l’écran ne sont pas du temps réel, donc compare les tests uniquement entre eux.
L’anneau blanc dans le tube
Une expérience classique montre l’effet de la masse des particules. On place du coton imbibé de solution d’ammoniac à un bout d’un long tube de verre, et du coton imbibé d’acide chlorhydrique à l’autre bout. Les deux gaz se répandent dans le tube et forment un anneau blanc de chlorure d’ammonium NH4Cl là où ils se rencontrent. L’anneau apparaît plus près du côté de l’acide chlorhydrique, car NH3 (17 g/mol) est plus léger que HCl (36.5 g/mol) et se répand plus vite.
Mesure la diffusion dans l’application Nalukh chem
Fais diffuser 10 substances dans l’eau et l’air, et compare les temps. Ce simulateur est inclus dans l’accès complet. Le téléchargement est gratuit, et 2 chapitres et 5 simulateurs sont accessibles sans compte.
Comment utiliser le simulateur ?
- En haut à droite, choisis le mode de base ou le mode « Vitesse · V p T ».
- Dans le panneau de gauche, choisis le milieu (eau ou air), la température (chaud ou froid) et une substance. L’eau propose l’encre, le colorant alimentaire, le permanganate de potassium, le sulfate de cuivre(II) et le thé. L’air propose le parfum, l’ammoniac, le dibrome, le diiode et le dichlore.
- Appuie sur le grand bouton sous le récipient. Son nom dépend de la substance : ajouter une goutte, ajouter un cristal, ajouter un sachet de thé, retirer le bouchon ou chauffer pour vaporiser.
- Pendant que la substance se répand, le pourcentage de mélange et le temps augmentent. Quand la répartition est uniforme, le temps est enregistré et le résultat s’ajoute à la liste de droite.
- Appuie sur le bouton Particules pour voir le mouvement des particules.
- Les substances invisibles se détectent autrement : un nez à côté du récipient sent le parfum, et le tournesol rouge humide devient bleu dans l’ammoniac.
- En mode « Vitesse · V p T », utilise les curseurs pour changer la température (0–100 °C), le volume (0.5–2 L) et la pression (0.5–3 atm). La vitesse de diffusion et le temps de mélange s’affichent aussitôt. Le curseur de pression ne fonctionne pas dans l’eau.
Exercices à essayer dans le simulateur
- Teste l’encre dans l’eau froide et dans l’eau chaude. Réponse : 45 s dans l’eau à 5 °C et environ 8 s dans l’eau à 80 °C, soit environ 5 fois plus vite.
- Dans l’air à la même température, teste l’ammoniac, le dichlore, le dibrome et le diiode. Réponse : Ils sont de plus en plus lents dans cet ordre. Leurs masses molaires augmentent : 17, 71, 160 et 254 g/mol.
- En mode « Vitesse · V p T », choisis l’air et le dibrome, et règle la pression sur 2.0 atm. Réponse : La vitesse passe de ×1.0 à ×0.5, et le temps de mélange de 9 s à 18 s.
- Dans le même mode, fais passer la température de 20 °C à 100 °C et compare l’eau et l’air. Réponse : La vitesse devient ×4.6 dans l’eau et ×1.5 dans l’air.
