Cristallisation (chimie)
La cristallisation est la façon dont les atomes se rassemblent pour former des groupes étroitement liés ou connectés. Elle permet de séparer un solide d'un liquide ou parfois d'un gaz. La cristallisation peut se faire à partir d'une masse fondue ou d'une solution, et peut être naturelle ou artificielle. Une cristallisation plus rapide peut produire des cristaux de petite taille comme dans le basalte, et plus lente peut en produire de plus gros comme dans le granit.
La cristallisation artificielle est une technique qui permet de former des cristaux solides à partir d'une solution homogène. Pour que la cristallisation ait lieu, la solution doit être sursaturée. En d'autres termes, la solution doit contenir plus de molécules de soluté qu'elle ne le ferait dans des conditions ordinaires. Cela peut être obtenu par diverses méthodes : évaporation du solvant, refroidissement, réaction chimique, la "noyade" étant la plus courante dans la pratique industrielle.
Pour clarifier les choses, nous pouvons utiliser un exemple simple. Nous prenons un bol d'eau auquel nous ajoutons des cristaux de sucre. Nous continuons à y ajouter du sucre jusqu'à ce que nous atteignions un stade où plus aucun cristal ne peut être dissous. La solution ainsi obtenue est une solution saturée. Il est intéressant de noter que nous pouvons dissoudre davantage de cristaux dans cette solution saturée particulière en la chauffant (puisque la solubilité des solutés augmente avec l'augmentation de la température, bien que des cas exceptionnels se produisent). Cette élévation de la température entraîne la dissolution d'un plus grand nombre de cristaux de sucre (formant ainsi une solution sursaturée), mais lorsque la température de la solution atteint l'équilibre avec l'environnement, la solubilité du soluté diminue (parce que la température de la solution a baissé) et le sucre "en excès" ainsi ajouté cristallise. Ce processus illustre essentiellement la plus simple des techniques de sursaturation.
La "noyade" est l'ajout d'un non-solvant dans la solution qui diminue la solubilité du solide. Des réactions chimiques peuvent également être utilisées pour diminuer la solubilité du solide dans le solvant, ce qui conduit à une sursaturation.
La cristallisation peut être divisée en plusieurs étapes - la nucléation primaire est la première. C'est la croissance d'un nouveau cristal, qui à son tour provoque une nucléation secondaire - l'étape finale (si l'élimination des cristaux n'est pas un problème). La nucléation secondaire exige que les cristaux existants perpétuent la croissance du cristal. Dans notre exemple sur le sucre, nous avons obtenu de tels noyaux lorsque le sucre "en excès" était sur le point de cristalliser, ce qui a favorisé la formation de nouveaux cristaux. La nucléation secondaire est l'étape principale de la cristallisation car c'est ce qui provoque la "production de masse" des cristaux.
La neige qui se cristallise.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la cristallisation ?
R : La cristallisation est la façon dont les atomes s'assemblent en une structure régulière et sont maintenus ensemble par des liaisons chimiques ou des groupes connectés. Elle peut provenir d'une fonte, d'une solution ou d'un gaz et peut être naturelle ou artificielle.
Q : Quelles sont les deux principales étapes de la cristallisation ?
R : Les deux principales étapes de la cristallisation sont la nucléation et la croissance du cristal. La nucléation est l'apparition d'une phase cristalline à partir d'un liquide surfondu ou d'un solvant sursaturé, tandis que la croissance cristalline est l'augmentation de la taille des particules qui conduit à un état cristallin.
Q : Comment fonctionne la cristallisation artificielle ?
R : La cristallisation artificielle fonctionne en créant une solution sursaturée où il y a plus de molécules de soluté que dans des conditions ordinaires. Ceci peut être réalisé par des méthodes telles que l'évaporation du solvant, le refroidissement et la réaction chimique.
Q : Que se passe-t-il pendant la nucléation primaire ?
R : La nucléation primaire est la première étape de la cristallisation et implique la croissance de nouveaux cristaux.
Q : Comment se produit la nucléation secondaire ?
R : La nucléation secondaire se produit lorsque les cristaux existants continuent de croître parce que l'élimination n'est pas un problème. Elle nécessite également des cristaux existants pour avoir lieu.
Q : Comment fonctionne la "noyade" par rapport à la sursaturation ? R : La "noyade" implique l'ajout d'un non-solvant dans la solution qui diminue sa solubilité de sorte qu'elle devient sursaturée en molécules de soluté.
