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Conclusion de notre étude
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Annexes
Tableau périodique
Nous commençons notre expérience de cristallisation avec du chlorure de sodium de formule chimique NaCl : nous avons prévu grâce au rapport r+/r- que le NaCl cristallise dans une structure cubique à faces centrées de type NaCl, car X = r+ / r- = 102 / 181 = 0,5635
La solubilité du NaI est de 1840 g/L dans l'eau à 25°C, ce qui fait que nous avons eu beaucoup de mal à dissoudre ce sel dans l'eau, notre récipient faisait environ 150 mL et l'eau était de l'eau froide du robinet.
On a placé notre solution sursaturée près d'un radiateur et nous avons attendu le lendemain pour avoir des résultats.
Sept heures plus tard seulement, les premiers microcristaux d'une taille d'environ 1 mm apparaissent non pas sur le fil comme c'était prévu mais sur le couvercle de la boîte en plastique utilisée pour l'expérience.
On vérifie si le cristal a bien grandi près du radiateur, mais à notre grande surprise, il n'y avait plus que de l'eau, en effet un important facteur nous avait échappé ce matin, c'était que la solubilité dépend très fortement de la température, ce qui est d'ailleurs parfois la cause de graves défauts cristallins.
Par exemple, le sulfate de cuivre CuSO4 a une solubilité de 31.6 g/L dans une eau à 0°C, mais de 203.3 dans une eau à 100°C.
Suite à cet échec, on a décidé de sursaturer de façon excessive le cristal, comme ça si la température augmente beaucoup, les cristaux auront moins de risque de se dissoudre de nouveau dans l'eau, en espérant que cette mise excessive de NaI ne sera pas responsable d'un échec d'une nouvelle nature.
A peine 5 heures plus tard, on parvient à obtenir de minuscules germes de forme effectivement cubique, et de même taille que ce que l'on avait obtenu ce matin, voire légèrement plus grande.
En tout cas, les cristaux sont plus nombreux, on en conclut donc que cette seconde expérience sera plus concluante, on verra demain, à 6h00.
Déception totale, il ne s'est rien passé de plus. Des cristaux de sel commencent à se déposer sur le fil de coton qui émerge, mais ceux-ci n'ont pas cette structure cubique, on pensait que cela grandirait plus vite. La croissance est-elle vraiment exponentielle ?
La situation n'évolue vraiment pas vite : en effet on n'a obtenu qu'un seul germe de plus. Même si cette fois, les cristaux ne se dissolvent pas dans l'eau, il ne grandissent pas, il ont toujours cette taille de 2 mm, on pense que les conditions expérimentales (45° C et 987 hPa à une quinzaine de cm du radiateur) feront que l'on aura de plus en plus de petits cristaux comme ceux-ci, mais que jamais ils ne grandiront.
Ce matin, on a réussi à créer un germe si parfait et si brillant qu'on dirait un microprocesseur nanotechnologique : 
, il a aussi un trou bien arrondi au milieu. En fait, pour des raisons personnelles, la boîte a du être déplacé pendant la nuit, ce qui fait que ça a refroidi ! Finalement, la méthode de refroidissement à l'air plus efficace que la méthode d'évaporation.
Après avoir remis à 13h00 la boîte devant le radiateur, la cristallisation s'est accélérée, et un germe a commencé à grandir ! Il fait de 3 à 4 mm ! On a vraiment espoir : ce germe donnera plus tard un magnifique cristal de chlorure de sodium.
C'est exactement comme on l'avait prévu : il y a de plus en plus de petits germes, mais qui ne grandissent pas beaucoup. Le magnifique cristal formé hier matin n'a pas grandi d'un pouce. On pense éloigner de nouveau la boîte du radiateur pour retrouver des résultats aussi satisfaisants que samedi matin.
On a perdu des cristaux car à force d'ouvrir la boîte et d'observer, on perd des cristaux, les plus fragiles. Néanmoins, les plus beaux et les plus solides restent et grandissent. Des germes d'environ 0.5 mm apparaissent sur le fil de coton. Le tabouret autour se couvre d'une très importante couche de sel non cristallisé. On décide d'éloigner de nouveau la boîte du radiateur, les conditions expérimentales sont donc maintenant de : 22°C, 996 hPa, 1 m du radiateur environ. On espère vraiment que demain matin les résultats seront concluants, et qu'une fois de plus la méthode de refroidissement fera plus ses preuves face à la méthode d'évaporation.
On pense que c'est l'ultra haute température (60°C) qui a provoqué leur formation.
Voilà. L'expérience ne s'est pas finie en beauté, après 142 heures de cristallisation, une couche de sel s'est formé à la surface de la solution, très fragile, mais finalement presque tout ce qui était prévu est arrivé : on a obtenu beaucoup de petits germes de forme cubique (à faces centrées). Bilan matériel : un tabouret et une boîte ruinés à cause du sel. Cette expérience nous permet de tirer bon nombre de conclusion sur la cristallisation, ou en tout cas de confirmer nos recherches :
| t | Nombre de germes cubiques | Température de la boîte (°C) | Pression atmosphérique(hPa) | Distance du radiateur(cm) |
|---|---|---|---|---|
| 0h | 0 | 45 | --- | 15 |
| 7h | 2 | 45 | --- | 15 |
| 18h30 | 0 | 45 | --- | 15 |
| 23h30 | 2 | 45 | --- | 15 |
| 31h | 3 | 45 | --- | 15 |
| 43h | 4 | 45 | 987 | 15 |
| 56h | 11 | 22 | --- | 100 |
| 69h | 14 | 45 | --- | 15 |
| 91h | 21 | 45 | --- | 15 |
| 94h | 14 | 22 | 996 | 100 |
| 142h | 1 | 60 | 993 | 1 |
Graphe du nombre de germes en fonction du temps fait avec Regressi téléchargeable ici
(On n'a modélisé en puissance que la phase de véritable croissance, c'est-à-dire entre 7 et 91h.)
germes(t) = 0.0079463*t1.75
Ecart relatif germes(t) = 12 %
L'erreur relative est très faible, compte tenu du fait que l'eau froide utilisée était de l'eau du robinet et non de l'eau distillée, donc TRES impure, que l'on a manipulé de nombreuses fois la boîte, et que les conditions thermiques ont oscillé entre 30 et 45 °C, une amplitude thermique de 15°C est très importante à notre échelle. Toutes les conditions étaient réunies pour que l'expérience rate, mais finalement on arrive à 12%.
TPE réalisé par : Thomas CHABANON, Florian LAFOSSE-MARIN, Thierry BRARD et Sander de SOUZA