Surfusion de l'eau

[Sethrius]

Bonjour,

je m'intéresse à la surfusion de l'eau, et je cherche à réaliser une expérience.

Pourriez-vous m'indiquer un protocole expérimental.

Voici une video : ici

Merci d'avance.
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[invitecc28040c]

Il faut que tu possèdes d'une eau très pure, genre eau fraîchement distillée.
Ensuite, tu baisses la température de l'eau vers les -5°C. Etant donné que l'eau est pure, elle reste liquide à cette température, mais il ne faut surtout pas l'agiter, l'eau est dans un état métastable. La moindre secousse gèle immédiatement l'eau.
Dans la vidéo, c'est le contact entre l'eau et le récipient qui fait solidifier l'eau, qui se propage au reste de l'eau.

[Sethrius]

Merci bien pour cette explication,

chimiquement parlant, comment est ce possible que l'eau distillé est une temperature de fusion inferieure à 0°C ?

[invitecc28040c]

La température de fusion de l'eau est toujours 0°C
mais si elle pure, tu peux tout de même descendre un peu plus. Par contre la moindre poussière peur faire geler l'eau !

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

Ce genre manip est plus facile à faire avec une solution d'acétate de sodium : une sursaturation relativement stable est bien plus facile à obtenir pour un resultat équivalent, exemple : http://fr.youtube.com/watch?v=uy6eKm8IRdI

Pour en revenir à la fusion (et surfusion) de l'eau, quelques détails sont à ajouter. Strictement parlant, l'équilibre solide/liquide d'une eau pure est à une température plus élevé qu'une eau impure, c'est ce qu'on appelle la cryoscopie : la présence d'un soluté abaisse le point de fusion d'un solvant.
Evidemment cette différence de température est très faible si on compare l'eau pure et l'eau du robinet ou l'eau en bouteille, car la concentration en ions de ces dernières est relativement faible.
On remarque par contre clairement l'effet si on compare à de l'eau de mer : début de la congélation à -8°C ou si on prend un mélange eutectique eau/sel : la congélation se produit à -18°C

Et la surfusion? la surfusion c'est quand la phase liquide subsiste en dessous de la température de congélation. Elle est due à une barrière cinétique : la nucléation des cristaux (en l'occurence de glace).
On peut passer la barrière de plusieurs manière :
-en attendant suffisament longtemps
-en refroidissant plus en encore (mais pas trop, car si la viscosité du liquide augmente trop, on aura l'effet inverse)
-en introduisant une surface "active" (poussière, défaut dans le récipient) qui abaissera l'énergie de la barrière
-en communiquant de l'énergie au liquide (choc, ultrason, laser...)

Obtenir une surfusion elevée peut devenir très délicat, mais on arrive par exemple à vitrifier l'eau, c'est à dire la refroidir en la gardant liquide jusqu'a ce qu'elle fige tel du verre (à -135°C) : il ne s'agit alors pas d'un solide cristallin, mais d'un solide amorphe. Si on remonte au dessus de -135°C, il va redevenir liquide et pourra a tout moment (et meme très vite) cristalliser brutalement sous forme de glace.

Pour ma part le mieux que j'ai fait, c'est une surfusion à -10°C qui a tenu une demi-heure (et qui aurait surement pu tenir plus, vu que je n'ai pas attendu qu'elle cristallise pour remonter la température). C'était avec de l'eau distillée.

Et l'acetate de sodium?

L'acetate de sodium forme un trihydrate avec l'eau et ce composé tient de très bonnes sursaturation. Si on dissous à chaud 1 équivalent d'acetate dans 3 équivalents d'eau puis qu'on refroidi, on aura un liquide en surfusion, ou encore une solution sursaturée. C'est ce type de solution qu'on utilise dans les chauffe-main : lorsqu'on déclenche la cristallisation, qui est exothermique, la pochette devient chaude (et on peut moduler la température en fonction de la concentration d'acétate de sodium).

m@ch3

[invite2313209787891133]

On peut facilement faire cette experience avec une bouteille d'eau assez pure (pas besoin d'eau distillée).

Il suffit par exemple de prendre de la contrex, n'aillant jamais été ouverte, et de la placer à l'abri de la moindre vibration et à une temperature legerement inferieure à 0°C, comme dans une grange ou un truc pour ranger les outils dans le jardin (le nom du "truc" m'échappe).
L'eau vas rester liquide tout le temps que la bouteille reste fermée; des qu'on ouvre le bouchon elle prendra en glace.

[invitef31bb52d]

On peut facilement faire cette experience avec une bouteille d'eau assez pure (pas besoin d'eau distillée).

Il suffit par exemple de prendre de la contrex, n'aillant jamais été ouverte, et de la placer à l'abri de la moindre vibration et à une temperature legerement inferieure à 0°C, comme dans une grange ou un truc pour ranger les outils dans le jardin (le nom du "truc" m'échappe).
L'eau vas rester liquide tout le temps que la bouteille reste fermée; des qu'on ouvre le bouchon elle prendra en glace.

en période de gel, il y a moyen de réaliser l'expérience alors ?

mais quand tu dis qu'elle prendra en glace, c'est rapidement, ou assez lentement ?

[mach3]

mais quand tu dis qu'elle prendra en glace, c'est rapidement, ou assez lentement ?

c'est presque instantané, on a à peine le temps de voir le front de congélation se propager.

m@ch3

[invitef31bb52d]

c'est presque instantané, on a à peine le temps de voir le front de congélation se propager.

faudra que j'essaye ca !

[invite8a00db65]

Juste une question a propos de l'experience et du congelo. en faite c'est combien de temps faut il laisser la bouteille avant de la sortir?

[invite2313209787891133]

Juste une question a propos de l'experience et du congelo. en faite c'est combien de temps faut il laisser la bouteille avant de la sortir?

Comme le fut du canon...
Tu peux essayer 1 heure et voir si c'est trop ou pas.

[invite8a00db65]

En faite J'ai deja essayer une dizaine de fois cette experience. tous non-concluant. J'ai laissé une bouteille de 50cl entre 2h et 3h30 (eau liquide mais pas assez froide) et 4h et 11H (eau congelé...) donc je suis un peu confus. je suppose qu'il faut le faire avec une grande bouteille pour que cela soit plus facile...mais combien de temps...on parle de 6h je n'ai pas essayer.

[Gramon]

si jamais un congélateur normal doit generer trop de vibrations pour que ça marche

il faut avoir une chambre froide ou qu'il fasse froid dehors

[invitef32a545e]

Bonjour à tous,
justement je m'interesse en ce moment à la cryoscopie et je me demande en quoi est-ce plus précis de minimiser la surfusion ? C'est un détail qui m'échappe.

Merci d'avance à ceux et celles qui prendront le temps de répondre à ma question.

[jeanne08]

Lorsque tu fais de la cryoscopie tu dois mesurer ( ou déterminer à partir de ccourbes de refroidissement ) la température à laquelle il y a début de cristallisation du solvant . Un phénomène de surfusion peut être gênant .

[invitef32a545e]

Lorsque tu fais de la cryoscopie tu dois mesurer ( ou déterminer à partir de ccourbes de refroidissement ) la température à laquelle il y a début de cristallisation du solvant . Un phénomène de surfusion peut être gênant .

MERCI Jeanne d'avoir pris le temps de me répondre aussi vite.
Donc, si je comprends bien minimiser le phénomène de surfusion permet de mieux lire la température de congélation : n'est-ce pas?
Et l'agitation constante du milieu, est-ce un moyen de réduire la surfusion ?

Merci d'avance.

[invitea8aba2b5]

Peut-on me donner la définition de "surface active"? Elle déclenche la solidification..
Merci