• Pile de 9 volts, le type bon marché, au carbone-zinc, souvent appelée « super résistante » : Vous pouvez utiliser de vieilles piles (même s’il se peut qu’elles mettent plus de temps à fonctionner), mais n’utilisez pas de piles au lithium, alcalines ou rechargeables
• Deux élastiques
• Deux vis en acier inoxydable, chacune d’une longueur minimale de 1,5 pouce (40 mm)
• Un bloc de pâte à modeler à base d’huile, aussi appelée pâte polymère (parmi les marques, on peut citer Sculpey, Fimo, Plasticine et Plastilina).Attention : Les pâtes à sel comme Play-Doh ne conviennent pas et peuvent causer un court-circuit
• Un verre, un gobelet ou un bécher transparent
• Eau tiède
• Sel Epsom. Attention : Ne pas remplacer par du sel de table (NaCl) pour cette activité car il produit du chlore gazeux
• Cuillère à café
• Lunettes de protection
• Deux éprouvettes en verre de qualité laboratoire (des éprouvettes à parois plus épaisses pour la combustion sont recommandées)
• Briquet ou allumettes
• Éclisse de bois ou touillette café en bois
• Facultatif : indicateur acide-base comme le phénol rouge, la phénolphtaléine, le bleu de bromothymol ou un indicateur jus de chou (voir la partie « Conseils pour l’enseignement » plus bas où vous trouvez des instructions pour en fabriquer un vous-même)

Remarque : Assurez-vous de savoir quelle couleur indique un acide et/ou une base quand vous utilisez l’indicateur que vous avez choisi et que vous êtes conscient des questions de sécurité liées à son utilisation.

Enroulez un élastique autour de la pile 9 volts de sorte qu’il recouvre les deux bornes de la pile. Enroulez l’autre élastique autour de la pile de sorte qu’il croise perpendiculairement le premier élastique et passe entre les deux bornes de la pile.

Glissez les deux vis en acier inoxydable sous l’élastique de sorte que chaque vis soit tenue sur le dessus de chaque borne de la pile (voir la photo ci-dessous). Les têtes des vis doivent être dirigées dans la même direction et les vis ne doivent pas se toucher.

Étant donné que votre pile sera immergée dans de l’eau salée, vous devez la protéger en l’enrobant de pâte à modeler. Mettez de petits morceaux de pâte à modeler entre et autour des électrodes (voir la photo de gauche ci-dessous) Pendant votre travail, indiquez quelle est la borne positive et quelle est la borne négative en gravant un signe dans la pâte à modeler et assurez-vous que les pointes des vis restent nues (cliquez pour agrandir la photo de droite ci-dessous). Continuez à mettre et à lisser la pâte jusqu’à ce que votre dispositif soit complètement hermétique. Assurez-vous que les marques des bornes soient reconnaissables et que les pointes des vis soient dégagées. Vous avez votre dispositif d’électrolyse et les vis sont vos électrodes ; elles conduiront l’électricité pendant l’expérience.

Remplissez votre verre environ aux trois quarts avec de l’eau tiède.

Mettez vos lunettes de protection.

Versez une cuillère à café (5 ml) de sel Epsom dans l’eau. Remuez votre solution pour dissoudre le sel.

Remplissez soigneusement chacune des éprouvettes à ras bord avec de l’eau salée de votre verre. Mettez-les de côté, mais calez-les à la verticale pour qu’elles ne se renversent pas.

Plongez prudemment votre dispositif d’électrolyse dans la solution avec les électrodes (vis) pointées vers le haut. Les extrémités de vis devraient se trouver sous la surface de l’eau salée. Si ce n’est pas le cas, ajoutez simplement un peu plus d’eau.

Une fois que votre dispositif d’électrolyse est immergé dans l’eau salée, vous devriez commencer à voir de petites bulles émerger des électrodes. Pour recueillir ces bulles, bouchez le goulot d’une des éprouvettes avec le pouce ou un doigt en appuyant fermement pour la rendre étanche à l’eau. Ensuite, renversez précautionneusement l’éprouvette et immergez son goulot dans le verre d’eau salée en vous assurant que vous ne laissez pas couler de solution. Votre pouce ou doigt devient humide. Finalement, enlevez votre pouce ou doigt de l’éprouvette renversée et immergée. La solution devrait rester dans le tube.

En gardant le goulot de l’éprouvette sous la surface de l’eau, déplacez délicatement l’ouverture de l’éprouvette renversée sur une des électrodes qui fait des bulles. Assurez-vous que les bulles de gaz d’une seule électrode peuvent s’élever et être recueillies dans l’éprouvette. L’électrode devrait être capable de maintenir l’éprouvette dans une position verticale pendant qu’elle recueille du gaz.

Répétez les étapes 9 et 10 avec l’autre éprouvette en la positionnant au-dessus de l’autre électrode qui fait des bulles (cliquez pour agrandir les photos ci-dessous).

Surveillez de près votre dispositif. Vous verrez probablement tout de suite se former des bulles sur les électrodes. Une électrode semble-t-elle produire plus de bulles que l’autre ? S’agit-il de l’électrode positive ou négative ?

À ce stade et si vous le souhaitez, vous pouvez ajouter votre indicateur acide-base dans le verre d’eau salée. Remarquez-vous un changement de la couleur ?

Laissez cette installation recueillir des bulles pendant plusieurs heures ou même pendant la nuit. Après quelques heures, vous devriez constater qu’il y a beaucoup plus de gaz dans une des éprouvettes que dans l’autre.

Vous pouvez vérifier la composition du gaz dans les éprouvettes en faisant le « test de l’éclisse ». Attention : Travaillez en présence d’un adulte et protégez vos yeux ! Vous travaillerez avec des flammes.

Tout d’abord, testez le gaz dans l’éprouvette qui contient le plus de gaz. Ce devrait être celle qui est sur l’électrode négative. Si les deux tubes sont complètement remplis de gaz, veillez à regarder sur la pile pour voir quel tube est sur l’électrode négative. Mettez vos lunettes. Mettez le feu à l’éclisse de bois (voir la photo de gauche ci-dessous). Ensuite, retirez rapidement le tube de l’eau et tenez l’éclisse en flammes près de l’ouverture (voir la photo de droite ci-dessous). Tenez fermement ! Vous pourriez être surpris par un bruit puissant !

Maintenant, testez le gaz dans l’éprouvette qui s’est remplie plus lentement. À nouveau, allumez votre éclisse de bois, mais cette fois soufflez sur la flamme pour qu’il n’y ait que des braises incandescentes à l’extrémité du bâtonnet.

Retirez rapidement le second tube de l’eau et insérez l’éclisse ardente à l’intérieur de l’extrémité ouverte (voir la photo de gauche ci-dessous). Cette fois, vous devriez voir l’éclisse se rallumer (voir la photo de droite ci-dessous). Dès que l’éclisse se rallume, retirez-la du tube, éteignez-la et insérez-la à nouveau. Vous devriez être capable de rallumer l’éclisse plusieurs fois.

L’électrolyse est une décomposition chimique produite par l’électricité ; dans le cas présent, la substance que vous décomposez est l’eau.

La formule moléculaire de l’eau est H₂O, dans laquelle H désigne l’élément hydrogène et O désigne l’élément oxygène. Dans un verre d’eau, de nombreuses molécules se séparent naturellement en ions hydrogène (H+) qui sont chargés positivement et en ions hydroxyde (OH-) qui sont chargés négativement. Votre dispositif d’électrolyse engendre des réactions qui séparent encore plus l’eau.

Étant donné que les charges opposées s’attirent, les ions hydroxyde contenant de l’oxygène migrent en direction de l’électrode positive et les ions hydrogène migrent en direction de l’électrode négative.

Élémentairement, l’oxygène et l’hydrogène préfèrent être diatomiques ou des molécules formées de deux atomes. À l’électrode positive, les atomes d’oxygène sont attirés par les ions d’hydroxyde et se combinent ensuite pour former des bulles d’oxygène (O₂). De même, à la borne négative, les ions hydrogène se combinent pour faire des bulles d’hydrogène (H₂). Ci-dessous, vous trouvez l’équation qui décrit ce qui se passe.

2H₂O(l)→ 2H₂(g) + O₂(g)

L’oxygène et l’hydrogène sont invisibles et inodores. Comment sais-tu quel gaz se trouve dans quelle éprouvette ? Voici un indice : Une éprouvette s’est remplie plus rapidement que l’autre. Il y a deux fois plus d’atomes d’hydrogène disponibles pour former un gaz et, par conséquent, le volume d’hydrogène qui se forme devrait être plus important que celui de l’oxygène.

Le test de l’éclisse donne un autre indice : L’hydrogène est très inflammable, un fait rendu célèbre par le désastre du dirigeable Hindenburg, et produit un bruit d’explosion quand il est allumé. D’autre part, l’oxygène n’est pas réellement inflammable mais il est indispensable pour la combustion, raison pour laquelle votre éclisse se rallume dans l’oxygène.

Le sel Epsom, aussi connu sous le nom de sulfate de magnésium (la formule chimique du sulfate de magnésium est MgSO₄), est dissout dans l’eau pour aider votre pile à séparer l’eau plus efficacement. Le sel Epsom effectue la séparation en ions et ces particules chargées contribuent à conduire le courant électrique à travers la solution.