Mélange eau-huile-sucre

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Caroline A.
Mélange eau-huile-sucre

Bonjour,
J'ai réalisé une petite expérience (qui s'apparente à une lampe à lave) avec de l'eau, de l'huile et du sucre.
Pour commencer, on verse dans un bocal 3/4 d'eau puis 1/4 d'huile. Pour finir on ajoute le sucre qui va couler au fond du bocal, en entraînant l'huile avec lui (puis le sucre se pose au fond et la bulle d'huile remonte seule).
Après avoir beaucoup réfléchi, je n'arrive toujours pas à comprendre pourquoi l'huile enveloppe le sucre lorsque celui-ci tombe au fond du bocal. Est-ce dû à la viscosité de l'huile, ou bien à la tension superficielle des molécules d'huile ? Ou bien autre chose ?
Merci d'avance pour votre réponse,
Caroline Astien

Jérôme GRUGIER
Portrait de Jérôme GRUGIER

Bonjour,
C'est en effet la tension superficielle de l'huile qui fait que lorsque l'on verse le sucre, son poids va entrainer l'huile (tension superficielle élevée). Ensuite, c'est Archimède qui intervient. Pour le sucre Archimède est faible (faible volume) par rapport à la masse. Il coule. Pour l'huile c'est l'inverse. Elle remonte. (On peut aussi l'exprimer avec les différence de densité des produits)
Cordialement

Francis Nouyrigat

C'est parce que la tension superficielle de l'huile est faible qu'elle peut s'étaler sur les cristaux de sucre et ainsi les isoler de l'eau. Les mouvements sont alors évidemment conforme à la loi d'Archimède.
Une fois dans l'eau celle-ci finit par atteindre les cristaux car il n'y a pas ou peu de liaisons atomiques entre l'huile et le cristal de saccharose contrairement aux liaisons entre l'eau et le sucre (nombreux OH).

Francis Nouyrigat

Jean-Claude C.

L'huile et l'eau sont à l'état liquide car les propriétés de leurs molécules
créent une cohésion entre elles. Mais les forces de ces interactions liantes sont de natures très différentes pour les deux milieux. Ainsi les deux liquides ne sont pas miscibles (l'huile est hydrophobe). Ces différences se retrouvent pour les interactions à l'origine de la dissolution d'un composé. Ainsi l'eau dissout le sel et le sucre, l'huile n'en dissout aucun. Le sucre versé sur l'huile n'est pas dissous par celle-ci, mais il est "regroupé et enveloppé" par des molécules d'huile qui forment des globules. Les interactions au sein des globules sont fortes entre les molécules de sucre et faibles entre ces molécules et les molécules d'huile de l'enveloppe. L'enveloppe permet un contact huile-huile dans la couche d'huile et le déplacement des globules. Quand l'un d'eux atteint l'interface huile-eau, sa densité lui permet de pénétrer dans la couche d'eau et d'atteindre le fond du bocal. Le sucre "enveloppé" n'est pas dissous par l'eau à cause de la non-miscibilité huile-eau qui protège le globule. Mais après quelque temps au fond du bocal les mouvements des molécules d'eau et d'huile permettent à l'eau d'atteindre le sucre et de provoquer sa dissolution. Cette dissolution conduit à la dislocation locale du globule qui libère les molécules d'huile de l'enveloppe. Elles se regroupent en gouttelettes qui rejoignent la couche d'huile puisqu'elles ne sont pas miscibles à l'eau.
Complément: La forte cohésion de l'eau H2O liquide est due aux interactions
électrostatiques entre les dipôles des liaisons O-H (interactions dites liaisons hydrogène) ; ce type de liaison est présent dans les molécules de sucre qui présentent plusieurs groupes O-H permettant la formation de cristaux et la dissolution dans l'eau; les molécules d'huile présentent des interactions plus faibles qui ne peuvent être discutées ici (dites de Van der Waals).

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