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D\ Comparaison de deux cristaux
Maintenant que nous savons ce qu'est le sucre et que nous avons une idée de réponse à notre problématique, il s'agit de la confirmer en déterminant pourquoi ce cristal colle en présence d'eau alors qu'un autre ne colle pas ?
Le meilleur exemple de cristal de par sa similitude physique avec le sucre est le sel, on a donc choisi de les comparer.
Un cristal: Le sucre
A l’état solide, c’est-à-dire cristallisé, le sucre, ou saccharose est un corps sans couleur ni odeur, qui possède, bien sûr, une saveur sucrée. Il cristallise sous forme de prismes anhydres (dépourvus totalement d’eau) dont les axes de symétrie sont légèrement inclinés Les oses sont très solubles dans l'eau. Ces propriétés sont dûes au caractère polaire des liaisons O-H et à la présence de doublet d'électrons non liants sur leurs atomes d'oxygène: des liaisons hydrogène s'établissent en nombre important entre les molécules d'oses et molécules d'eau. Ces liaisons, plus faibles que les liaisons covalentes, sont responsables de l'état solide des oses purs, à la température ambiante et favorisent leur dissolution dans l'eau.
Un autre cristal : Le sel
En chimie, le sel est un composé ionique composé de cations chargées positivement et d'anions chargés négativement formant un produit neutre et sans charge nette.
Les points communs
Le sel est incolore, inodore, dur et solide tout comme le sucre.
Les différences
Les cristaux de sel sont tous identiques et tous cubiques.
Ceux de sucre sont eux tous différents entre eux, la plupart sont cassés et on peut observer sur ceux qui ne le sont pas qu'ils forment des pyramides tronquées à base triangulaire.
Un cristal de sel est un maillage ionique de chlorure de sodium (constitué d'ions Na+ et Cl-)
Celui de sucre est fait d'empilement de molécules de saccharose (définis précédemment).
Dans un cas (le sucre) il y aura donc des liaisons hydrogènes alors que dans l'autre (le sel) non.
LE SUCRE
Une liaison hydrogène est une liaison qui s'établit entre un atome d'hydrogène, lié par liaison covalente à un atome nettement électronégatif et un autre atome, lui aussi très életronégatif, possédant au moins un doublet non liant. Elle est environ 20 fois plus faible que la liaison covalente. Dans une liaison hydrogène les trois atomes concernés sont alignés. Un composé moléculaire est soluble dans l'eau, solvant polaire, s'il est lui même polaire et s'il peut établir des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau. Le glucose C6 H12 O6 est un sucre qui est comme tous les sucres, très soluble dans l'eau: 1Litre d'eau peut à température ambiante, en dissoudre 700g. Cette très grande solubilité résulte de l'existante d'un très grand nombre de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau et les molécules de glucose.
LE SEL
L'utilisation de rayons X à permis d'établir la structure des cristaux de chlorure de sodium. Ceux-ci sont constitués par un assemblage régulier d'ions sodium Na+ et d'ions chlorure Cl- . Chaque ion peut être assimilé à une sphère rigide de rayon déterminé appelé rayon ionique.
Un cristal de chlorure de sodium peut alors être représenté par un empilement compact de grosses sphères, les ions chlorures Cl-, et de sphères plus petites, les ions sodium Na+.
Les ions chlorure de sodium sont régulièrement répartis aux sommets de cubes juxtapposés; chaque ion Cl- est ainsi entouré par six ions Na+ et inversement.
La cohésion de l'édifice est assurée par les fortes interactions électrostatiques existant entre tous les anions et tous les cations du cristal. C'est ce que l'on appel la liaison ionique.
Lorsque l'on met un cristal ionique dans l'eau, les molécules d'eau entourent les ions qui se trouvent à la surface du solide. L'attraction cation-anion est ainsi fortement diminuée et, sous l'action de l'agitation thermique, les ions se séparent: ils se dissocient.
Les ions hydratés s'éloignent ensuite du cristal, puis se dispersent parmi les molécules d'eau. Ce processus se répète pour tout les ions du cristal au fur et a mesure de la dissolution.
Schématiquement la mise en solution fait intervenir trois phénomènes:
- La dissociation des ions du cristal conduisant progressivement à la destruction de l'édifice cristallin.
- L'hydratation des ions
- La dispersion des ions hydratés dans la solution
Conséquences : Une solution aqueuse ionique contient des anions et des cations. Chaque ion interagit avec les molécules d'eau qui se trouvent à proximité. Suivant la nature de cet ion, l'orientation des molécules d'eau est différente. Les ions s'entourent ainsi de plusieurs molécules d'eau; on dit qu'ils s'hydratent.
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Nous vérifions ici la solubilité du sel dans l'eau ainsi que son adhésion après hydratation. Nous regarderons aussi quand est-ce que le saccharose est entièrement dissous dans l'eau.
Matériel utilisé :
-Du saccharose en poudre
-Du chlorure de sodium
-1 verres de montre
-2 éprouvette graduée (25mL et 100mL)
-1 becher de 250mL
-1 balance
-1 spatule
Protocole expérimentale :
Nous avons pesé des quantités de plus en plus grandes de saccharose et de sel grâce à une balance et nous les avons dissous dans une quantité d'eau distillée fixe (25mL).
Bilan :
Nous confirmons ici que le sel ne colle pas et que lorsque la quantité de saccharose augmente, son adhésion augmente aussi.
Sources : Lien 5, & Lien 6 et Livre 3.
