Bonjour, j'ai quelques petites questions concernant la cristallisation.
1)Les phénomènes de nucléations ont-ils lieu uniquement à partir de la limite métastable? si oui, que se passe-t-il dans la zone métastable ?
2) D'après mes lectures, je me rend de plus en plus compte que cristallisation et dissolution sont 2 processus qui s'oppose. Si tel est le cas, qu'est ce qui relie cristallisation, dissolution et solubilité ?
merci d'avance
Bonsoir,
1) Qu'est-ce que cette zone métastable dont tu parles ?
2) Et en effet, la cristallisation est le phénomène inverse de la dissolution. Par exemple, le sel de cuisine, ou chlorure de sodium a une solubilité de 360 g par litre d'eau. Tu peux essayer de dissoudre 100 g, 200 g, ou 300 g de sel dans un litre d'eau. Mais tu ne pourras pas dépasser la limite de solubilité de 360 g par litre.
Si tu évapores cette solution concentrée, tu enlèves de l'eau ; le volume total diminue et tu vas provoquer une cristallisation du sel en excès. Si tu rajoutes de l'eau pure, tu pourras redissoudre ce sel cristallisé.
1)
voici la courbe de solubilité. La thermodynamique nous dit que l'équilibre se fait à par rapport à la solubilité (dans ce cas ci). Lors d'une cristallisation, les cristaux apparaissent avec un retard et n'apparaissent pas sur la courbe de solubilité (mais plutôt dans les zones saturés). Par rapport à cette courbe, je voulais savoir si la nucléation avaient uniquement lieu en sursaturation ou si l'on pouvais la rencontrer lors d'une saturation ?
2) merci beaucoup, tu as très bien expliquer
Bonjour
La zone métastable est une zone où les cristaux auraient dû apparaître selon la thermo.
S'il n'y en a pas, c'est une question de cinétique.
Tu peux avoir nucléation et apparition de cristaux à partir du moment où tu as dépassé la limite de solubilité. Tu peux donc en avoir dès la limite de solubilité donc dans une solution saturée et dans la zone métastable.
Cordialement
Les "embryons" d'une phase solide, des agrégats de quelques molécules, se forment constamment et de façon transitoire (que ce soit dans une phase liquide, gazeuse, ou même solide) au grès des fluctuations, peu importe les conditions (il y a un impact sur la fréquence de formation, mais pas sur le fait qu'ils se forment). Le devenir de ces agrégats dépend par contre des conditions (température, pression, concentration).
Si on est dans des conditions où la phase solide n'est pas stable thermodynamiquement, l'agrégat est couteux en énergie (l'enthalpie libre molaire est plus importante dans l'agrégat que dans la solution), il est plus probable qu'il décroisse (dissolution) plutôt qu'il croisse (cristallisation), et ce quelque soit sa taille.
Si on est dans des conditions où la phase solide est stable, l'intérieur (le "bulk") de l'agrégat rapporte de l'énergie (enthalpie libre molaire plus faible que dans la solution), mais sa surface est couteuse en énergie. Quand on augmente la taille, le volume augmente plus vite que la surface, il y a donc une taille critique pour l'agrégat, qui dépend des conditions, au-delà de laquelle il est plus probable qu'il croisse, et en-dessous de laquelle il est plus probable qu'il décroisse. Quand un agrégat dépasse la taille critique, c'est la nucléation. Cette taille critique diminue avec la sursaturation (elle est infinie quand la sursaturation est nulle), ce qui explique que plus la sursaturation est forte, plus la nucléation est rapide, tant que les phénomènes de viscosité ne renversent pas la tendance.
m@ch3
Dernière modification par mach3 ; 22/05/2019 à 10h53.
Never feed the troll after midnight!
Bonsoir,
Un ca particulièrement clair est celui du thiosulfate de sodium Na2S2O3·5H2O. Ce sel solide, humecté de 5% d'eau, se dissout dans cette eau et sa propre eau de cristallisation à 50°C. Et il forme un liquide clair aux températures supérieures. Mais si on le refroidit, il ne se solidifie pas toujours, même si on le refroidit à 20°C. Il peut rester liquide des semaines, tant qu'il n'y a pas d'impureté qui tombe dedans. On dit que le liquide est en surfusion. Mais dès qu'on y laisse tomber un petit cristal de thiosulfate de sodium solide, ce grain sert d'amorce, et tout le liquide se solidifie d'un coup, en dégageant pas mal de chaleur. Cela ne marche pas avec tous les récipients. Moi j'avais un erlenmeyer dans lequel ce phénomène se répétait régulièrement, en réchauffant le tout pour qu'il fonde. Alors que cela n'allait pas du tout dans un autre. Probablement que le "bon" erlenmeyer n'avait pas d'aspérités internes pouvant servir d'amorce pour la cristallisation.
Bonjour, j’ai une autre petite question
Si les solutions sursaturés sont des conditions qui ne sont pas à l'équilibre (et qui cherchent à l'atteindre), peut on considérer que la cristallisation ne serait ni plus ni moins que le retour à l’équilibre des solution sursaturé ?
Bonjour,
Oui, on peut dire que c'est un retour à l'équilibre, bien que je ne vois pas très bien à quoi cela peut bien servir.
Au fait, c'est plus pour expliquer le phénomène au niveau de la thermodynamique (notamment par rapport à la solubilité) et pour plus tard faire la comparaison avec la dissolution (qui est apparemment le phénomène contraire de la cristallisation).
Une autre question me perturbe un peu:
- La nucléation secondaire, survient elle forcement après la nucléation primaire ou s'agit-il de 2 phénomènes indépendant ?
Bonjour,
j'aimerais que vous m'aidiez à répondre à 2-3 question afin de pouvoir faire une comparaison cristallisation/dissolution précise:
- Si on décide de dissoudre du sel dans 1 litre d'eau, sachant que la solubilité du sel dans l'eau est de 360 g/litre (à température ambiante j'imagine), peut on considérer que si on dépasse cette concentration, le sel va commencer à se tasser au fond du récipient et former des cristaux par évaporation de l'eau.
- On dit que la solubilité est proportionnelle à la température. Ce qui veut dire que plus la température augmente et meilleur est la solubilité. Peut-on grossièrement considérer que l'augmentation de la température favorise la dissolution et que la baisse de température est favorable à la cristallisation ? Si oui, sachant que les techniques de cristallisation peuvent être plus ou moins divisée en 2 groupes (évaporation ou refroidissement), peut-on considérer que les techniques de cristallisation par évaporation sont susceptibles de conduire à des mécanismes de dissolution ?
- Enfin, peut on en déduire que plus un système est saturé/sursaturé et plus il sera propice à donner lieu à une cristallisation plus ou moins efficaces
excusez moi à l'avance si certaines de mes questions peuvent être posés de manière maladroite mais je dois faire une documentation sur ces 2 procédés et selon moi, il est important de faire une bonne comparaison de ces notions (qui sont opposées)....
Merci d'avance
Bonjour,
Je vais essayer de répondre à tes trois questions.
1) Si tu essaies de dissoudre plus de sel que la limite de saturation, donc 360 g par litre, tu n'y parviendras pas. Et le sel que tu ajouteras tombera au fond du récipient. Est-ce qu'il se tassera comme tu le dis, je l'ignore, mais en tout cas il tombera au fond. Si maintenant on fait évaporer cette solution, bien sûr qu'il se déposera du sel au fond en formant de petits cristaux. Plus on évapore, plus il se formera de petits cristaux de sel. C'est le principe des marais salants, pour récupérer le sel marin.
2) La solubilité augmente avec la température, mais de manière très variable d'un sel à l'autre. Cet effet est très peu sensible pour le chlorure de sodium, car à 100°C on peut dissoudre 391 g de sel par litre. Ce n'est pas très différent par rapport à la solubilité à 20°C, qui vaut 360 g/L. Par contre, pour le salpêtre, ou nitrate de potassium KNO3, la solubilité varie énormément, car elle est de 320 g par litre à 20°C, et passe à 2470 g par litre d'eau à 100°C (7 à 8 fois plus) . Mais la solubilité n'est pas proportionnelle à la température. Elle croît avec T selon une loi qui n'est pas analytique. Et c'est différent pour chaque substance.Il n'y a pas de règle générale. Il y a même des substances, comme Ca(OH)2, dont la solubilité décroît avec T.
3) Je ne sais pas ce que tu entends par "cristallisation efficace". La dissolution est le phénomène inverse à la cristallisation. Plus on chauffe, plus on peut dissoudre de sel ou de salpêtre. Plus on refroidit une telle solution saturée chaude, plus on récolte de solide, ou de cristaux au fond du récipient.
Dernière modification par moco ; 20/06/2019 à 10h48.
Merci beaucoup moco, grâce à toi je comprends beaucoup mieux.
J'ai une dernière question. Y a t'il une différence significatif entre la saturation et sursaturation en cristallisation ?
Des recherches que j'ai pu faire, je pense qu'il n'y en a pas de réelle. Je ne sais pas comment l'expliquer mais je pense que lorsque le système est saturé, il reviendra plus vite à l'équilibre que lorsqu'il est saturé mais je n'en suis pas sur. pour moi, la sursaturation est simplement un niveau de saturation plus élevée mais je ne pense pas qu'il y'ait une différence significative....
Qu'en pensez vous ?
Bonsoir,
Détrompe-toi. Il y a une grande différence entre la saturation et la sursaturation. La saturation est un phénomème général qu'on peut observer avec n'importe quelle substance qu'on essaie de dissoudre dans l'eau. C'est tout simplement le point où malgré toute la peine qu'on y met, on ne parvient pas à dissoudre plus que ce que la nature impose.
La sursaturation est tout autre chose. C'est un phénomène exceptionnel. Il se produit quand on refroidit une solution saturée à chaud. Normalement, en refroidissant une telle solution, le liquide ne peut pas conserver en solution toute la manière dissoute à chaud. Et l'excès de soluté se dépose par refroidissement sous forme de cristaux qu'on peut redissoudre si on réchauffe jusqu'à la température initiale. La grande majorité des substances suit ce comportement, qui est la norme. Il existe cependant des exceptions, avec par exemple les solutions de sels comme l'acétate de sodium ou le thiosulfate de sodium. Si on sature ces solutions à chaud, on peut dissoudre beaucoup plus de matière qu'à froid. Mais en laissant refroidir une telle solution à l'abri de toute poussière, il arrive que la cristallisation ne se produise pas. Tout se passe comme si la solution savait qu'elle doit se séparer d'une partie de ce qui est dissous, mais qu'aucune molécule ne se se sente désignée pour être la première autour de laquelle les autres vont venir s'agglutiner. Ces solutions sursaturées sont très instables. Le moindre grain tombant dans la solution déclenche la cristallisation de l'excès de sel dissous. Si on jette un grain d'acétate de sodium ou de thiosulfate de sodium solide dans le liquide sursaturé, en quelques secondes, toute la masse se prend en bloc. C'est spectaculaire
Bonjour moco,
Merci pour ces précieux renseignement. Je m'attarde un peu sur ces notions très intéressante car selon moi, cela permet pratiquement de comprendre les enjeux de la cristallisation et de répondre à quelques quesitions comme:
Pourquoi refroidir ou évaporer pour former des cristaux, comprendre les étapes qui donnent lieu à la formation des cristaux (ect....). J'ai 2 questions à vous poser si ça ne vous dérange pas ?
Ma question est la suivante, vu que refroidir ou évaporer le solvant sont 2 méthodes permettant plus ou moins d'obtenir des cristaux, qu'est ce qui justifie le fait de choisir l'une des méthodes par rapport à l'autre ?
Si j'ai bien compris ce que tu m'a expliquer et les quelques documents que j'ai lu, je pense que dans le cas d'une cristallisation par évaporation, le système doit forcément être sursaturé mais que ce n'est pas forcément une obligation pour le refroidissement....
En industrie, sommes nous bien d'accord que les méthodes par évaporation sont les plus utilisées ?
Bonjour,
On choisit la méthode par refroidissement ou celle par évaporation selon des critères pratiques. Avec le sel NaCl par exemple, c'est inutile de choisir la méthode par refroidissement. Le sel est pratiquement autant soluble à chaud qu'à froid. Les marais salants travaillent sur ce principe. Pour la soude décahydratée Na2CO3·10H2O, on travaille par évaporation, car si on chauffe, on n'obtient pas le même hydrate par refroidissement. Pour l'industrie, c'est pareil. On ne peut pas généraliser.
Dernière modification par moco ; 21/06/2019 à 14h18.
