Cristallisation rapide sur vitre

La cristallisation, processus physique et non pas chimique, peut être observée à trois occasions :

• Refroidissement d'un liquide pur de manière très lente, celui-ci passe de l'état liquide à l'état solide (mais tous les liquides ne donnent pas des solides cristallisés).
• Refroidissement d'une solution saturée par une poudre soluble à chaud mais pas à froid dans le solvant, la solubilité diminue lorsque la température diminue et le solide dissout cristallise (voir l'expérience des cristaux pour ce cas).
• Évaporation d'une solution contenant une poudre soluble dans le solvant, la concentration augmente au fur et à mesure que le solvant s'évapore, le solide cristallise.

Dans les deux derniers cas, c'est la solubilité d'un composé dans un solvant qui est responsable de la cristallisation. La solubilité est la quantité maximale de poudre que l'on peut dissoudre dans un solvant. Lorsque la poudre ne se dissout plus, on dit que la solution est saturée.

Le refroidissement étant assez lent, nous utilisons ici la troisième façon de cristalliser un composé : utiliser un solvant qui s'évapore facilement.

1 Précautions

Outre les précautions en chimie qui sont d'usage, cette expérience comporte les attentions suivantes :

• Lorsqu'on chauffe une solution d'éthanol , il ne faut pas approcher de flammes à cause des vapeurs inflammables.
• L'acide benzoïque est corrosif, en fin de manipulation, aérer la pièce. Nettoyer la plaque avec un peu d'éthanol ou d'acétone .

2 Matériel

• Plaque de verre
• Rétro-projecteur
• Bécher
• Plaque chauffante
• Éthanol absolu (alcool pur)
• Acide benzoïque C₆H₅-COOH

3 Protocole expérimental

Projection sur écran d'une cristallisation d'acide benzoïque.

• Éviter les courants d'air dans la pièce.
• Dans un petit récipient, dissoudre une demi-cuillère à café d'acide benzoïque (environ 4 g) dans deux cuillères à soupe d'éthanol pur (environ 15 mL) et chauffer légèrement jusqu'à ce que la solution soit limpide.
• Sur une plaque de verre, éventuellement posée sur un rétro-projecteur, verser une partie de la solution alcoolique. Le liquide s'étale en flaque.
• Attendre que l'alcool s'évapore, cela peut prendre 5 minutes, et observer les cristaux qui apparaissent sur le pourtour de la flaque. Petit à petit les cristaux gagnent le centre de la plaque.
• Lorsqu'on souffle sur la plaque, la cristallisation est plus rapide (zones noires au rétro-projecteur).
• Plus la cristallisation est lente et plus les cristaux prennent la forme d'aiguilles.
• Lorsque tout l'alcool est évaporé, le solide est fixé sur la vitre.

4 Explications

• L'alcool s'évapore facilement car il est tiède et en forme de flaque. L'acide benzoïque dissout dans l'alcool atteint sa limite de solubilité et commence à cristalliser sur les bords, là où l'évaporation et le refroidissement est maximal.
• Le fait de souffler sur la flaque provoque l'évaporation de l'alcool donc une cristallisation plus rapide. Les cristaux les plus petits laissent passer moins de lumière sur le rétro-projecteur, donnant des parties sombres.
• Pour une cristallisation de l'acide benzoïque, cette fois-ci en phase gazeuse, consultez l'expérience sublimation et condensation.

Une cristallisation assez délicate de sulfate de cuivre sur une plaque (réalisée en une nuit).