samedi 12 novembre 2016

Cristallisation du sel dans une casserole

Quand on chauffe de l'eau salée, très rapidement, l'eau s'évapore et l'on voit apparaître au fond de la casserole une multitude de très petits cristaux. En revanche, quand on chauffe l'eau salée très doucement, alors de gros cristaux se forment. Pourquoi ?

On voudrait une explication simple, rapide… mais ce n'est pas possible, car le monde est ainsi fait que les choses sont parfois compliquées. En l’occurrence, une question aussi simple appelle  de très nombreuses réponses.

La première, simpliste, consiste à dire que les atomes de chlore et de sodium (on devrait dire « les ions », mais je ne veux pas compliquer) qui constituent le sel de table n'ont pas le temps d'aller s'agréger au premier germe cristallin formé, de sorte qu'ils cristallisent sur place. C'est simpliste, car les vitesses des molécules d'eau et des ions sont considérables, à la température de l'eau bouillante, et l'on doit plutôt imaginer l'eau salée comme un fourmillement plutôt qu'un lent ballet. Plus exactement, la vitesse moyenne d’agitation est d'environ 500 mètres par seconde (pensons environ 2000 kilomètres par heure), de sorte que l'on voit que les espèces atomiques ou moléculaires ont largement le temps de traverser la casserole. En revanche, elles n'ont pas la possibilité de se déplacer en ligne droite, puisque l'ensemble est très encombré, de sorte que l'explication donnée n'est pas suffisante.
De toute façon, il y a aussi ce fait que les cristaux croissent à des vitesses différentes, de sorte qu'il y en a de petits et de gros. Les atomes de chlore et de sodium  sont partagés entre la solution et les cristaux, et une plus grande surface d'un gros cristal correspond évidemment  à une possibilité d'agrégation supérieure, ce qui conduit à une croissance préférentielle des gros cristaux.

Mais, là encore, cette seule explication est insuffisante, et il faut considérer bien d'autres phénomènes. J'utilise surtout cette discussion pour interroger l'enseignement de la physico-chimie : devons-nous chercher des systèmes très exotiques pour nos cours, ou devons nous nous contenter de systèmes très simples, à partir desquels nous pouvons montrer que beaucoup de connaissance est nécessaire pour comprendre les phénomènes.