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.

 


 

Fig. 2 : Colliers de fixation

Fig.  3 : Pince à ressorts


 

Il existe également des raccord à soufflet pour rodages coniques présentant un avantage non négligeable : une grande flexibilité permettant des assemblages normalement difficiles.

Ils sont en téflon (donc inertes chimiquement) et peuvent être utilisée sous vide à des températures de 260°C.

 

Fig. 4 : Raccord à soufflet

 

- sphériques : on les distingue par le diamètre de la sphère rodée, suivi du diamètre intérieur du tube, exprimés en millimètres. Les dimensions courantes sont les suivantes : 13/2, 13/5, 19/9, 29/15.

 

Fig. 5 : Raccords rodés sphériques

 

Ils sont d'un emploi moins général que les rodages coniques, mais présentent sur eux l'avantage de conférer une certaine souplesse à l'assemblage, ce qui diminue le risque de bris de l'appareillage, surtout pour le travail sous vide.

 

Depuis quelques années, on a pu voir apparaître de la verrerie de sécurité rodée de marque RODAVISS®.

 

Fig. 6 : Verrerie de sécurité RODAVISS®

 

Ces raccords sont rodés et présentent un filetage externe permettant un assemblage stable.

Entre le capuchon et le tube, s'intercale un anneau d'étanchéité, le plus souvent en élastomère de silicone, éventuellement revêtu de PTFE.

 

                2)   Les raccords non rodés

 

    On utilise ici des bouchons creux, en élastomères, souvent recouverts d’une membrane de PTFE assurant leur inertie chimique.

 

Fig. 7 : Raccord non rodé, bouchon en silicone

 

    Précisions sur le silicone :

 

Lorsque l’on utilise de la verrerie non rodé, on peut utiliser des bouchons en silicone qui présentent l’avantage sur le caoutchouc d’être plus résistants aux agents chimiques et à la température.

Cependant, on ne devra jamais les utiliser avec des halogènes (principalement chlore et brome) puisque malgré leur inertie vis-à-vis de ces agents, ils sont perméables…

Ainsi, si lors de l’utilisation de chlore, vous en noter l’odeur caractéristique, rechercher une fuite au niveau des matériaux en silicone.

 

De même, on utilise souvent des graisses de type silicone pour assurer l’étanchéité des rodages. Lors de l’utilisation d’halogène, ces rodage ne resteront pas étanches bien longtemps et laisseront échapper des vapeurs plutôt nocives.

On préférera donc utiliser des joints en téflon, plus chers, mais plus sûrs, lors de ces manipulations.

 

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