[cinétique] sucre qui se dissout très rapidement

[acx01b]

Bonjour,

Je ne suis pas très calé en physique/chimie. J'aurais souhaité comprendre quels sont les principaux phénomènes qui déterminent la vitesse de dissolution d'un solide, ionique ou non, dans l'eau .
Ma question concerne en particulier le sucre saccharose :
- dans quel état chimique se retrouve-t-il une fois dissout ?
- si le sucre est au départ broyé très finement, ou au contraire si on y incorpore beaucoup d'air (barbe à papa) pourra-t-on obtenir un sucre qui se dissolve substantiellement plus vite dans l'eau ?
- il me semble que comme pour l'oxyde de silicium il existe un état amorphe donc non cristallisé du sucre, Non ? Que cela change-t-il ?
Merci


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[mach3]

Je ne suis pas très calé en physique/chimie. J'aurais souhaité comprendre quels sont les principaux phénomènes qui déterminent la vitesse de dissolution d'un solide, ionique ou non, dans l'eau .

En gros, comme en cinétique des réactions chimiques, l'état initial (molécule dans le cristal) et l'état final (molécule solvaté en solution) sont assez bas en énergie et l'état intermédiaire est plus haut, formant une barrière de potentiel responsable de la cinétique (énergie d'activation, loi d'arrhénius, etc). Evidemment, quand la solution est sursaturée, l'énergie est plus basse coté cristal et il y a donc plus de molécule qui vont de la solution au cristal que l'inverse, on a cristallisation. Inversement quand la solution est sous-saturée, on a de la dissolution.

Il y a d'abord des facteurs intrinsèques qui gouvernent cette cinétique et qui dépendent simplement des énergies d'attachement de la molécule dans le réseau cristallin et des énergies de solvatation dans la solution.
L'énergie d'attachement dépend de l'endroit du cristal. Elle est maximum à l'intérieur, un peu plus faible en surface (les molécules n'ont pas toutes leurs liaisons satisfaites, il y en a qui sont pendantes, en direction de l'extérieur), encore plus faible sur les arêtes et vraiment très faible aux sommets. Lors de la dissolution, ce sont donc ces sommets et arêtes qui se dissolvent en premier, ce qui explique pourquoi les cristaux s’émoussent lors de ce phénomène.
L'énergie d'attachement dépend aussi du plan cristallographique de la surface. Certaines faces, à forte énergie d'attachement, pousseront très lentement alors que d'autres pousseront très rapidement. Il en résulte qu'un cristal en croissance est facetté et ne présente que les faces qui poussent le plus lentement (cela peut semble contradictoire mais on peut le comprendre cela aisément à l'aide d'un schéma). Le solvant (ou des additifs) a néanmoins un effet modificateur car il peut stabiliser certaines surfaces en s'y adsorbant temporairement, ralentissant leurs croissances. Par exemple, les cristaux de NaCl peuvent présenter des faces dites (100), de forte énergie d'attachement, et des faces dites (111), d'énergie d'attachement plus faible. Dans l'eau on obtient de beaux cristaux cubiques ne présentant que les faces (100), alors que dans une solution d'urée, on obtiendra des cristaux octaèdriques ne présentant que les faces (111) : une interaction spécifique avec l'urée à considérablement ralenti leur croissance malgré une faible énergie d'attachement. De même l'acide adipique forme des plaquettes ou des aiguilles selon la polarité du solvant qui va interagir avec ses groupements polaires qui affleurent sur certaines des faces des cristaux.

Il y a ensuite des facteurs extrinsèques, qui sont tout simplement la qualité physique du solide.

D'abord la granulométrie :
Un solide monocristallin d'un seul bloc sera très lent à dissoudre, car seules des faces avec fortes énergies d'attachement sont accessibles au solvant et cette surface ne représente qu'une faible proportion du solide (le rapport molécules à la surface/molécules dans le volume du cristal est extrêmement faible).
Une poudre sera plus rapide à dissoudre, car même si ce sont les mêmes surfaces à fort énergie d'attachement, elles commencent à représenter une proportion de plus en plus grande (le rapport surface/volume augmente). Plus on utilisera une poudre finement divisée, plus sa vitesse de dissolution sera grande.

Les faces cristallographiques:
un cristal ne présentant pas les faces cristallines de plus haute énergie d'attachement se dissoudra beaucoup plus rapidement que le même cristal avec des faces cristallines de haute énergie d'attachement. Si on met des cristaux de NaCl octaèdriques dans l'eau, il se dissoudrons plus vite que des cristaux cubiques (cf plus haut)

Ensuite, les défauts et la mauvaise cristallinité:
Tous les endroits d'une particule cristalline qui sont défectueux (fractures, joints de grain si elle est polycristalline, zones riches en dislocation et lacunes) sont des lieux où l'énergie d'attachement est faible. On crée de telles zones défectueuses en broyant le solide par exemple (en plus de diminuer la taille, on ajoute des défauts! la dissolution n'en sera que plus rapide). Un solide cristallisé très rapidement (précipitation violente) sera également plus facile à dissoudre car mal cristallisé.

Concernant l'état amorphe, tous les corps peuvent être mis dans cet état, il suffit juste d'arriver, par exemple, à refroidir leur liquide sans qu'il ne cristallise, à évaporer le solvant de la solution sans que le soluté ne cristallise, ou à taper suffisamment sur la tronche (broyage haute énergie) d'un solide cristallin pour que ses cristaux (ou ce qu'il en reste) présentent 100% de zones défectueuses...
Un amorphe est généralement extrêmement soluble dans les solvants où le solide cristallin correspondant est soluble (mais parfois totalement insoluble dans d'autres solvants, j'ai déjà eu le cas). Comme de l'amorphe peut s'apparenter un cristal totalement défectueux, on comprend bien que la vitesse de dissolution pourra être très rapide, cela d'autant plus qu'il sera finement divisé. J'ai personnellement assisté à des dissolutions instantanées d'amorphe, c'est assez impressionnant.

m@ch3