Les matériaux utilisés
Il suffit de faire quelques pas dans un laboratoire de synthèse pour se rendre compte que le verre est le matériau le plus fréquent. Le plastique, la porcelaine et les métaux ne représente qu’une petite part du matériel.
I. Le verre
Le verre est constitué d’un mélange de silice, de potasse, de chaux et parfois d’oxyde métallique fondu aux alentours de 1300 -1400°C et dont la température d’emploi peut varier de 400 à 500°C selon la variété.
Le verre est un matériau dur, fragile et peu conducteur de la chaleur. Ainsi, on laissera refroidir lentement les appareils en verre pour éviter de les briser.
Le verre est transparent à la lumière mais peu absorber dans l’infrarouge ou l’ultraviolet. C’est pourquoi on lui préférera le quartz pour certaines manipulations utilisant ce type de lumière.
Le verre est d’une grande inertie vis-à-vis de la plupart des agents chimique, sauf pour l’acide fluorhydrique et les produits alcalins concentrés qui réagissent avec la silice (SiO2). Notons que la réaction entre le verre et ces produits est encore plus nette si l’on élève la température.
Les deux variétés de verre les plus courantes ont la composition suivante :
Composition
Silice
Bore
Alumine
Soude
Chaux
Coef dilatation (K-1)
Verre sodo-calcique (verre ordinaire)
70 %
0.2 à 2 %
13 à 16 %
8 à 13 %
90 x 10-7
Verre borosilicaté
80 %
13 %
2.2 %
3.8 %
30 x 10-7
- Le verre ordinaire ne pourra être utilisé au dessus de 350°C car il se ramollira puis fondra, ce qui peu tout de même être gênant…
Son coefficient de dilatation élevé fait qu’il est plus sensible aux chocs thermiques (brusques échauffements, refroidissements).
- Le verre borosilicaté peut être employé jusqu’à 450°C et supporte mieux les brusques variations de températures. C’est le type de verre le plus utilisé pour construire le matériel de laboratoire.
Précisions sur le choc thermique :
Le coefficient de dilatation d’un matériau exprime sa faculté à se dilater (augmentation de son volume) en fonction de la température.
Un coefficient élevé indique que le matériau se dilatera beaucoup si on le chauffe.
A contrario, un coefficient faible indique que le matériau se dilatera peu.
Application pratique (à ne pas tenter chez soi) :
Si on prend un objet en verre ordinaire et qu’on le chauffe fortement en un seul point, le verre va exploser alors qu’un verre borosilicaté encaissera mieux le choc thermique.
Pourquoi ?
Toujours le coefficient de dilatation… Le verre ordinaire (coefficient important) va beaucoup se dilater à l’endroit où il est chauffé. Mais la zone froide qui l’entoure, elle, ne se dilatera pas. La zone chauffée va alors chercher de la place ailleurs… A l’extérieur du verre… Et va donc exploser.
Le coefficient du verre borosilicaté étant plus faible, le verre se dilatera moins localement et n’explosera donc pas. Ou du moins, il a moins de chance d’exploser.
II. La porcelaine
Elle est obtenue à partir d'argile pure (silicate d'aluminium hydraté), de sable (silice) et de feldspath (silicate double d'aluminium et d'un métal alcalin). Avant la cuisson, on la recouvre d’une couche d’émail qui lui conférera une surface lisse et dure, résistante jusqu’à 1200°C.
La porcelaine résiste assez bien aux bases alcalines fondues mais pas à l’acide fluorhydrique.
III. Les métaux
Ils sont relativement peu employés de nos jours… Notamment en raison de leur prix (le platine est plus cher que l’or).
L’acier inoxydable est utilisé pour la fabrication du matériel placé sous pression (comme les bouteille de gaz), d’autoclave…
Les trois autres métaux les plus utilisés sont :
- le platine, pur ou à 10 % d’iridium. Il résiste bien aux acides purs mais est attaqué par l'eau régale, le phosphore, l'arsenic, l'antimoine et la silice en milieu réducteur. Il peut former des alliages avec le cuivre, le plomb et le zinc
- le nickel : il est attaqué par les acides dilués mais il résiste bien au chlore même humide et au chlorure d'hydrogène gazeux jusqu'à 500°C. En raison de sa grande inertie vis-à-vis des bases, mêmes fondues, on l’utilise comme creuset pour les fusions alcalines.
- le zirconium : il résiste bien aux acides (sauf fluorhydrique). On l’utilise souvent à la place du platine.
IV. L’alumine
L’alumine (oxyde d’aluminium Al2O3) présente une très bonne inertie chimique pour des températures maximales d’utilisation de 1850°C.
On ne l’utilisera pas avec l’acide et les oxydes fluorhydriques.
En présence d’oxydes métalliques, la température sera limité à :
- 1600°C avec SiO, CaO, MgO
- 1700°C avec ZrO3
V. Les plastiques
Il existe de nombreux type de matières plastiques et leurs principales propriétés, ainsi que leur résistance chimique sont regroupées dans les tableaux suivants :
E Résistance excellente, pas d’attaque
B Résistance bonne, attaque après au moins 30 jours de contact continue avec les réactifs
L Résistance limité, attaque après contact de 7 jours avec les réactifs
NR Résistance nulle
HDPE : Polyéthylène haute densité
LDPE : Polyéthylène basse densité
PP : Polypropylène
TPX : Polyméthylpentène
PC : Polycarbonate
PTFE : Polytétrafluoroéthylène (ex : Téflon®)
PVC : Polychlorure de vinyle
ABS : Acrylonitrile butadiène styrène
PS : Polystyrène.
Propriétés physiques
Nom
Température max (°C)
Transparence
Stérilisation
Flexibilité
Autoclave
Gaz
Sec
Chimique
HDPE
100
Translucide
Avec prudence
Oui
Non
Oui
Rigide
LDPE
70
Translucide
Non
Oui
Non
Oui
Excellente
PP
121
Translucide
Oui
Oui
Non
Oui
Rigide
TPX
150
Translucide
Oui
Oui
Non
Oui
Rigide
PC
120
Transparent
Oui
Oui
Non
Oui
Rigide
PTFE
250
Opaque
Oui
Oui
Oui
Oui
Modérée
PVC
70
Transparent
Non
Oui
Non
Oui
Rigide
ABS
80
Opaque
Non
Oui
Non
Oui
Rigide
PS
70
Transparent
Non
Oui
Non
Oui
Rigide
Résistance chimique (20°C)
Classe de substance
LDPE
HDPE
PP
TPX
PVC
PC
PS
Acrylique
PTFE
Acides dilués
E
E
E
E
E
E
E
B
E
Acides concentrés
E
E
E
E
E
NR
L
NR
E
Alcool
E
E
E
E
E
B
E
NR
E
Aldéhydes
B
B
B
B
NR
L
NR
B
E
Bases
E
E
E
E
E
NR
E
L
E
Esters
E
B
B
B
NR
NR
NR
NR
E
Hydrocarbures aliphatiques
L
B
B
L
E
NR
NR
B
E
Hydrocarbures aromatiques
L
B
L
L
NR
NR
NR
NR
E
Hydrocarbures halogénés
NR
L
L
NR
NR
NR
NR
NR
E
Acétone
B
B
B
L
NR
NR
NR
NR
E
Huiles minérales
L
B
E
E
E
E
E
E
E
Huiles végétales
B
B
B
B
B
B
B
NR
E
Agents oxydants
L
L
L
L
B
NR
NR
NR
E
VI. Les connexions
Connaître son matériel est déjà bien… Mais savoir comment relier les différents éléments est encore mieux.
Les raccords doivent répondre à certaines exigences :
- facilité de mise en place (vous n’allez pas passer 3 heures à assembler un montage simple…)
- insensibilité et imperméabilité aux réactifs utilisés
- étanchéité, particulièrement pour le travail sous vide.
1) Les rodages
Il s’agit d’assemblages verre sur verre, interchangeables, présentant une grande facilité d’emploi.
Ils existent sous deux formes :
- conique : les tailles les plus utilisées sont 19/26, 24/29 et 29/32.
Fig. 1:Code des rodages
Des systèmes réducteurs ou d’agrandissement permettent de passer facilement d’une taille à une autre.
L’assemblage doit toujours être graissé pour éviter de bloquer les rodages.
La solidité de l’emboîtement peut être assurée soit par des colliers de fixation ou des pinces ressorts.
