TPE: Chaufferettes chimiques. Activation de la solidification...

[invitea8aba2b5]

Bonjour,
Nous sommes deux élèves de Première S ayant choisi de réaliser notre TPE sur les chaufferettes chimiques, ou bouillottes magiques.

Nous sommes donc partis sur la base de la surfusion de l'eau pour expliquer le phénomène. Nous avons d'ailleurs rencontré des difficultés sur l'énergie d'activation... Mais passons.

Nous nous demandons donc comme il se fait que la solidification de la solution d'acétate de sodium contenue dans les bouillottes ne soit pas déclenchée par les chocs, comme c'est le cas pour la surfusion de l'eau... Comment se fait-il également que la solidification ne se déclenche QUE lorsque l'on "craque" la plaque métallique? En effet, cette action est censée libérer des germes cristallins autour desquels la nucléation hétérogène peut démarrer... Cependant, une fois ces germes libérés, ils demeurent en liberté dans la solution. Comment se fait-il alors que celle-ci ne se solidifie pas instantanément après que l'on ait liquéfié le tout une nouvelle fois? Deuxième hypothèse: cette plaque en métal en en fait de l'acétate de sodium solide... Peu probable, car elle devrait se liquéfier avec la solution (ou non?) et en admettant que non, de la même manière, comment se fait-il que cet acétate solide dans la solution ne déclenche pas la solidification de suite?

En attendant que l'un d'entre vous ait une réponse à nous apporter, nous vous souhaitons à tous de joyeuses fêtes et une bonne année 2013!!

Félix et Charles
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[moco]

Il faut comprendre ce qui se passe au niveau des molécules. Quand on refroidit la solution saturée à chaud, il arrive un moment où la saturation est atteinte, et où le sel doit se mettre à cristalliser. Mais aucune molécule ne se sent désignée pour être la première à démarrer la formation du premier cristal. Elles se disent toutes timidement entre elles : Ce n'est pas à moi d'y aller. C'est à toi ! Vas-y ! Là-dessus la température baisse, toujours davantage. Pour que le premier cristal se forme, il faut un événement extérieur. Cela peut être un choc. Cela peut être la présence d'un grain d'impureté, une poussière, parfois une encoche sur le bord. On ne maîtrise pas bien ce phénomène. Il y a des récipients qui "vont bien" et d'autres qui "ne vont pas bien". L'idéal, c'est évidemment qu'on jette un petit cristal d'acétate. Là tout de suite les molécules voisines vont s'agglomérer autour de lui, et le cristal va croître très vite, jusqu'à remplir toute la solution, ou presque.

[invitea8aba2b5]

Merci beaucoup pour votre réponse. Cependant, un point demeure obscur: Pourquoi un choc ne déclenche-t-il pas la solidification de la solution d'acétate? Est-ce que l'énergie d'activation doit-être plus importante que celle nécessaire à la solidification de l'eau? Existe-t-il un moyen de calculer cette énergie?

Merci beaucoup,

Félix et Charles

[moco]

Il n'y a pas de réponse à ta question. Personne ne comprend bien ce qui se passe. J'ai testé une dizaine d'erlenmeyers identiques remplis de la même solution chaude. Je les ai laissé refroidir dans les mêmes conditions, dans les calme. Il y en a où le liquide reste en surfusion à froid pendant des semaines, d'autres où la cristallisation s'est faite spontanément tout de suite. Et même si on les réchauffe tous et qu'on les laisse tous refroidir, la même cristallisation se répète dans les mêmes erlenmeyers. C'est à n'y rien comprendre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea8aba2b5]

Bonjour,

Merci de la réponse. Cependant, j'ai encore quelques questions pour vous. ^^

Avant votre réponse, nous avions fait la recherche qui est dans le lien suivant :
http://www.noelshack.com/2013-01-1357137935-bilan.png

Pouvez-vous me dire si la démarche est bonne et rigoureuse ?

De plus, nous avons souvent rencontré le terme d'enthalpie libre , que nous n'arrivons pas à bien comprendre, malgré nos recherches sur le sujet. Pouvez-vous nous expliquer simplement, si possible, ce qu'est l'enthalpie libre, en gardant en vue que nous sommes en première ^^

Merci beaucoup pour votre aide,

Felix, Charles.

[invite8e8e2322]

L'enthalpie libre, ou énergie de Gibbs, souvent appelée ΔG est très utile en chimie.

Elle indique si, thermodynamiquement, le réaction a lieu ou pas. Si c'est négatif, elle a lieu, si c'est positif, elle n'a pas lieu.
Enfin, théoriquement.

Comme les erlenmeyers et comme les chocs sur la bouillotte, la réaction devrait avoir lieu, mais elle n'arrive pas, pour d'autres facteurs.
Ici, l'explication de moco dit pourquoi la réaction n'a pas lieu, même si les lois de la thermodynamique nous disent qu'elle va arriver.