[ENIGME] Frapper un clou le fait changer de couleur

[brusicor02]

Bonjour,

Je vais mettre ici une petite expérience qu'un groupe de ma promo a fait il y a quelques temps. J'étais en observateur curieux, excusez-moi d'avance pour le mauvais cadrage. Voici la vidéo de l'expérience :
CLIQUER ICI
Votre mission, si vous l'acceptez : émettre vos hypothèses et expliquer comment cela fonctionne.

[darrigan]

"Le clou passe de noir à rouge", ce n'est pas bien visible sur la vidéo.
On dirait qu'il y a un éclaircissement de la pointe.

La matière du clou doit avoir son importance je suppose, peut être une réaction avec le fer. La teinte rouge indiquée pourrait être celle du fer oxydé ?
Le clou a été recouvert (trempé) dans une substance instable capable de libérer un oxydant du fer ?
Le choc a initié la réaction à la pointe et celle-ci s'est transmise le long du fer ?

[brusicor02]

Pour répondre aux différentes parties :

• Oui, la matière composant le clou à son importance, mais je dirai pas de manière primordiale : on pourrait le faire avec d'autres métaux que le fer.
• En effet, le clou a été trempé dans quelque chose avant le choc.
• En revanche, la couleur rouge (en effet, c'est pas très visible sur la vidéo) est un indice. Mais ce n'est pas de l'oxyde de fer.

[ecolami]

Bonsoir,
Je n'ai pas la réponse.
Je constate que la réaction d'oxydation se fait assez lentement, étant donné la masse du clou la température ne doit pas beaucoup changer. la réaction ne semble pas libérer un gaz (une fumée).
Je remarque que le clou est noir mat, donc ce n'est pas du métal nu.
Au hasard je pense a un clou trempé dans de l'azoture de sodium, ou plutôt recouvert d'une couche d'azoture de fer . Les azotures métalliques sont sensibles au choc. Si c'était le cas le fer s'oxyderait instantanément aprés avoir perdu l'azote.

[brusicor02]

Je remarque que le clou est noir mat, donc ce n'est pas du métal nu.

Excellente observation. En effet, le métal n'est pas nu et brillant au moment de le frapper, et ce détail est primordial dans l'explication.
En revanche, je dis non pour les azotures.

[darrigan]

Se pourrait-il que cette substance noire soit du phosphore noir ? (une variété allotropique)
Et qu'avec le choc, celui-ci passe sous forme de phosphore rouge, et dégage un peu de chaleur qui, par diffusion, poursuit la transformation le long du clou ?

[brusicor02]

Pas du tout.
Demandez-vous ce qui peut donner une couleur rouge-orangé clair.

[darrigan]

Au départ j'avais pensé à l'oxyde de fer (rouille), ou un sel de fer III...

C'est toxique ?

[ecolami]

Bonsoir,
Le revêtement du clou est important, mais est-ce que le Fer du clou participe à la réaction? (Pour le moment je n'ai pas de piste en vue..)

[brusicor02]

@darrigan : Ni rouille, ni sels ferriques en vue. Sur la toxicité, je dirai plutôt non (qu'est-ce qui n'est pas toxique en chimie ? )

@ecolami : le fer du clou participe à la première phase.

[ecolami]

Bonsoir,
Pourquoi le changement de couleur est-il limité à une partie du clou? L'autre partie a-t-elle reçu un traitement différent? OU est-ce que l’énergie d'impact explique la limitation de ce phénomène?
L'indice avec la couleur ne suffit pas: il ya trop de produits qui peuvent avoir cette couleur. (minium de plomb, chromates, oxyde de mercure ...)

[darrigan]

Sur le porte tube à l'arrière, on dirait bien les couleurs des ions fer II (brun orange), cobalt II ou manganèse II (rose), cuivre II (bleu) et nickel II (vert)... on est dans le domaine de la chimie minérale. Bon ça m'avance pas

Bon tu as dit que le clou pouvait être d'un autre métal, et ensuite tu dis que le fer participe a la réaction...

Rouge orangé, ça pourrait être une incandescence. Mais avec des gants en plastique, c'est moyen si ça chauffe et puis ça n'a pas l'air d'être luminescent...

C'est aussi la couleur du cuivre métallique. Est-ce un oxyde de cuivre, noir, (peu toxique) déposé sur le clou ? Mais il ne réagirait pas aussi simplement ce doit être un mélange, avec un réducteur par exemple.

On chauffe ?

[brusicor02]

Je valide le cuivre pour la coloration rouge. On est donc bien dans la chimie minérale (et je confirme au passage la composition des solutions en arrière plan). Vous chauffez donc beaucoup.

[ecolami]

Bonsoir
Pour le moment il nous faut trouver une réaction lente, qui laisse un dépôt de cuivre métal. Il faut aussi que ce soit au départ un équilibre instable que le choc sur la pointe fait disparaitre. L'identification des ions métalliques dans les tubes n'apporte pas une information suffisante: on ne sait pas si ces produits ont été (tous???) utilisés ni surtout s'il n'y a pas d'autres ingrédients nécessaires, ce que je crois.
J'ai une piste, mais pas la réponse: je pense a une PASSIVATION du Fer que l'impact sur la pointe détruit. Si le clou est passivé puis plongé dans une solution de cuivre j'imagine qu'a l'endroit ou la couche est brisée l'échange Cu 2++Fe donne Cu+ Fe2+ et le phénomène se poursuit en décollant la couche de passivation, donc assez lentement, comme sur la vidéo. Cette explication arrive à concilier tout les faits observés.
Pour la passivation je propose celle par l'Acide nitrique fumant. Sauf que je ne connais pas la couleur de couche formée.

[brusicor02]

Bravo écolami, tu as élucidé l'affaire.
Il parait que c'était un des trucs des alchimistes pour faire croire à la pierre philosophale.

[ecolami]

Bonsoir,
Je suis assez content d'avoir trouvé parce qu'au début ce qui me posait le plus de problème était la dynamique de la réaction qui part du point d'impact mais dans des conditions ou la température ne peut rien expliquer. J'ai envisagé une décomposition explosive limitée en couche mince mais la vitesse aurait été plus grande.

[darrigan]

Bravo Ecolami !
Mais Brusicor n'a toujours pas donné le protocole exact : on prends un clou en fer, on le décape bien ? On le trempe dans l'acide nitrique fumant ? Et puis on trempe le clou dans une solution de cuivre, mais laquelle ?

[brusicor02]

Tu as quasiment tout dit : bien décaper le clou en fer, le passiver en le tempant dans HNO3 fumant et ensuite dans une solution de sel métallique (ici, c'était du sulfate de cuivre de mémoire).
Les détails ont été publiés dans le BUP du mois de mai$^{[1]}$, je vais essayer de l'obtenir.

Bibliographie :
$[1]$ J. Piard, R. Taleroy, O. Bonjour et O. Picot, "La passivation du fer sous le choc", BUP, mai 2015, 974 (109), p 767-781

[darrigan]