Une expérience de cristallisation du sel

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Une expérience de cristallisation du sel

Depuis quelques jours, nous laissons se développer en classe (CM2) des cristaux de sel dans un récipient plein d'une solution saturée de sel de table. Un bâtonnet est posé en travers de l'ouverture du bocal, et un fil trempant dans la solution y est suspendu. C'est sur ce fil que se développent des cristaux.
Deux phénomènes annexes sont observables:
- sur le bâtonnet se développent des filaments de sel, assez longs et sans direction particulière. Ils changent même de direction au fur et à mesure qu'ils se développent. Comment expliquer cela ? Le sel s'évapore-t-il pour se cristalliser à quelques centimètres au dessus de la surface, accroché au bâtonnet ?

- sur les parois du bocal, au dessus de la solution, du sel se cristallise aussi. On en retrouve aussi un peu sur la table, autour du récipient. Comment cela se fait-il ? observe-t-on là encore un phénomène d'évaporation et de cristallisation ?

- si on laisse ces "concrétions" se développer, de l'eau salée apparaît sur la table, et nous a même inondé la table en 48 h. Qu'est-ce qui permet à la solution de grimper le long des parois du bocal (2-3 cm) pour s'écouler à l'extérieur ? La capillarité ?...

Le sel est hygroscopique, ce qui veut dire que, même desséché, il absorbe l'eau atmosphérique, comme chacun a pu le constater avec le sel de cuisine et en particulier le sel de mer. Ce phénomène se produit à chaque fois qu'un sel peut inclure des molécules d'eau dans son réseau cristallin.

Dans le cas présent, le fil (dont il serait intéressant de connaître la nature) joue le même rôle que celui de la mèche d'une bougie. La solution saturée de sel monte par capillarité. La force motrice de cette ascension est l'évaporation de l'eau. Comme le récipient n'est ni clos, ni maintenu sous vapeur d'eau saturante, l'eau s'évapore au cours de l'ascension, ce qui conduit à la cristallisation de sel puisqu'il n'y a plus assez d'eau pour le dissoudre en totalité.

Comme le sel qui a cristallisé sur le fil est hygroscopique, il va permettre la lente diffusion de la solution. A cause de l'évaporation celle-ci apparaîtra comme une progression du sel cristallisé. De proche en proche, le dépôt de sel atteindra toutes les surfaces accessibles.

Le « changement de direction des filaments » peut être tout simplement dû à une faible perturbation des conditions d'évaporation, par exemple un léger courant d'air dans la pièce, la modification du rythme de chauffage entre la journée et la nuit.

La progression du sel sur les parois du récipient est moins favorable que sur un support permettant la diffusion par capillarité, mais le principe en est le même. L'évaporation dépose une couche de sel, et celle-ci, à cause de son hygroscopie, va permettre une très lente diffusion de la solution, etc.

On peut remarquer que ce phénomène est observable sur de très nombreux objets en bord de mer, des structures métalliques aux maillots de bain, qui donnent l'impression de rester humides très longtemps après avoir été au contact de l'eau salée. On pourra aussi commenter l'influence de ce phénomène sur la corrosion, en particulier du fer, qui est en plus favorisée par le sel.

Jean-Claude Chottard,
professeur émérite de chimie,
Université Paris Descartes
jean-claude.chottard@parisdescartes.fr/ jcchottard@wanadoo.fr