Fabriquer des cristaux géants, une petite expérience de cristallisation

Hellooo ! Aujourd’hui, c’est Chimie !

Que diriez-vous d’apprendre à fabriquer des Cristaux Géants plus beaux que ceux d’Elsa de Frozen / La Reine des Neiges ??

Bon, je ne vous promets pas la fraîcheur associée, mais les yeux de vos enfants qui pétillent, ça oui !! Je pense que ça a été l’expérience préférée de Luxie ce Printemps (oui, j’ai mis un peu de temps à rédiger cet article, mais que voulez-vous, il m’a fallu attendre l’autorisation de photographier ces sacro-saints cristaux 😂!)

Vous me suivez? C’est parti !

Alors donc, pour cette petite expérience de chimie il nous faut :

• de la poudre d’alun ((250g au moins pour être confortable – évidemment ici nous avons doublé l’expérience car Kwant ne voulait pas être en reste)) – vous pourrez en trouver en droguerie, ou sur le web, très facilement (attention, pensez à lire les précautions d’emploi, il s’agit d’un produit chimique),
• un vieux bocal de confiture en verre, ou un grand verre / saladier transparent (pas d’inquiétude, il suffira ensuite de tout chauffer pour le nettoyer),
• un cure-pipe ou deux (vous savez, ces drôles de fils de fer poilus et colorés que les enfants adorent tortiller – ce nom est bizarre, quand on ne les connaît que via les activités manuelles enfantines – voir la photo plus bas si vous ne connaissez pas le nom, vous en avez forcément déjà vu !),
• un trombone ou autre bout de fil métallique,
• un crayon, stylo, ou tout autre bout de bois de même longueur approximative.

En préambule, cette petite expérience scientifique débute par une rapide activité manuelle : découper un cure-pipe en 3 parties de longueurs égales, puis les assembler en les entortillant afin de former une silhouette étoilée (ou flocon). Puis fixer ledit flocon sur un trombone tordu de manière à en faire un crochet. Facile, et fun !

Avant de commencer l’expérience proprement dite, vous pouvez tester l’efficacité de votre montage; voici ce que cela devrait donner:

 

Ensuite, passer aux choses sérieuses 😉 !

Pour cela, nous avons commencé par expérimenter la dissolution : ou comment faire disparaître totalement une grande quantité de poudre blanche dans de l’eau. Ici, les liaisons entre les molécules de solide (notre poudre) se cassent et celles-ci se lient à l’eau.

Nous en avons également profité pour tester l’effet de la chaleur sur le mécanisme de dissolution : lorsque l’on chauffe, l’agitation des molécules augmente (pour le visualiser, vous pouvez faire cette autre rapide expérience réalisée par Luxie, ici: Tempête moléculaire dans un verre d’eau), et on augmente la quantité qu’il est possible de dissoudre…

Ainsi, bien que ce soit un petit peu plus long, je vous conseille de commencer par mettre un fond d’eau froide dans votre bocal, puis de dissoudre, petit à petit, autant de poudre d’alun que possible, c’est-à-dire jusqu’à saturation : le point où, lorsque l’on rajoute de la poudre, celle-ci ne se dissout plus et tombe au fond malgré une vigoureuse agitation. Ensuite, chauffez au bain-marie, et observez : la poudre restante se dissout sans que l’on ait eu besoin d’ajouter de l’eau. La température est donc un facteur important du phénomène de cristallisation.

Bon, là, évidemment, c’est le moment où Kwant, très pressé de réaliser son cristal, commence à perdre patience, donc, hop, on complète avec de l’eau bouillante, on dissout rapidement (mais tout de même en procédant très progressivement) jusqu’à saturation, et on finit d’installer le dispositif (comme présenté ci-dessus) avant d’aller faire un tour à vélo pour patienter (mmoui, pas le fort de Kwant, la patience…) !

Attention cependant en disposant l’étoile/cure-pipe dans le bocal , soyez très vigilant(e)s: le dispositif ne doit absolument Pas Toucher les bords du bocal! Sans quoi la cristallisation ne se fera pas correctement.

Bien sûr, une fois les ingrédients réunis, et le dispositif en place, cette créative de Luxie a voulu arranger le tout à sa sauce, il fallait colorer les cristaux ! Nous avons donc tenté le colorant alimentaire…

Et voici le résultat de nos montages (ben oui, Kwant a voulu lui aussi son cristal magique !) :

Je vous laisse deviner dans lequel nous avons mis le colorant ? Pas évident, n’est ce pas ? Oui, parce qu’au final, ça ne marche pas ! Et nous avons d’ailleurs frôlé la catastrophe intersidérale, car cette tentative de coloration a considérablement ralenti la cristallisation ! Au point que nous avons cru que c’était fichu pour ce bocal… (C’était le bleu, celui de Luxie). Celui-ci a mis une bonne journée à cristalliser, alors que la cristallisation du rose était déjà bien avancée au bout d’1h30… Kwant était ravi !

Voici les photos en cours de cristallisation:

Ceci dit, cela fut une très bonne source de questionnement, puisque Super-Curieuse s’est demandé si c’était parce qu’elle avait choisi la mauvaise couleur ou si cela aurait été identique avec tous les colorants… et vous savez quoi ? C’est au programme de nos prochains tests !

Par ailleurs, les cristaux ont malgré tout de beaux reflets…. Grâce à la couleur des cure-pipe utilisés, qui transparaît ! Je vous encourage donc à en prendre de bien colorés, plutôt que noir ou marron qui auront un rendu tristounet…

Finalement, nous avons obtenu de superbes cristaux qui jaunissent légèrement avec le temps, mais cependant fort solides : les nôtres ont plusieurs semaines et tiennent très bien le coup ! Ils ont même orné un temps le bureau, puis la tête de lit de Luxie 😉

Bien sûr, cela a été l’occasion de discuter de dissolution et de cristallisation… et cette expérience a également marqué notre premier pas dans le monde fascinant des cristaux que nous continuons à découvrir… je vous en parlerai bientôt un peu plus longuement d’ailleurs… mais vous avez déjà dû en voir passer sur notre compte Instagram 😉

Pour finir, voici ce que Super-Curieuse a appris à l’occasion de cette « vraiment chouette » petite expérience scientifique :

La matière peut prendre différentes formes, on dit qu’elle existe sous différents états. On connaît en général les principaux : gazeux, liquide, solide. Parmi les solides, le terme cristal désigne un agencement particulier : au contraire des solides « amorphes », dont les atomes sont disposés n’importe comment (un peu comme un tas de lego dans le bac à rangement), le « cristal » est un état ordonné de la matière : les atomes y sont disposés de façon extrêmement particulière et/ou régulière, un peu comme une pyramide de lego que l’on aurait construite en alternant de façon répétitive toujours les mêmes briques et motifs de couleur… vous auriez réalisé un cristal de lego, en quelque sorte !

Au quotidien, nous côtoyons de nombreux solides, mais difficile de savoir à priori (surtout pour un enfant), lesquels sont cristallins ou amorphes… saurez-vous leur faire deviner, parmi les suivants, combien ne sont pas des cristaux ?

Sel, sucre en poudre, neige, diamant, verre… Luxie a eu un doute sur la neige, mais n’imaginait pas que le verre était un solide amorphe ! Et chez vous ?

Après cette petite devinette, Luxie a voulu comprendre comment de si gros cristaux avaient pu apparaître aussi vite dans nos bocaux… assez incrédule, elle a même soupçonné Kwant d’avoir subrepticement remplacé nos flocons colorés en cure-pipe par des cristaux déjà « tout prêts » !

Mais c’est bien plus chouette que ça en réalité : en refroidissant, l’eau ne laisse en quelque sorte plus assez d’espace entre ses molécules pour les molécules de la poudre d’alun dissoute.

Celles-ci vont donc se déposer sur les branches de notre flocon et se regroupent. Elles vont de préférence s’accrocher à une surface non homogène ; le cure-pipe est donc parfait pour elles avec ses multiples poils. Et comme, de façon générale, la nature [est comme moi, elle] aime l’ordre, les molécules se rangent alors de façon régulière : c’est le début de la naissance de ce si beau cristal !

C’est un peu ce qui se passe au sein des nuages lorsque tombe l’or blanc qui nous enchante certains hivers : quand il fait suffisamment froid, les gouttelettes d’eau gèlent et, s’accrochant à de minuscules poussières, s’organisent en cristaux. Il en existe d’ailleurs de très nombreuses formes (plus de 35 !), conditionnées par d’infimes variations de température et d’humidité, mais toutes plus belles les unes que les autres. Nous ne manquerons pas de les observer et les photographier avec Luxie cet hiver si nous avons la chance de voir tomber la neige 😉

Pour terminer, si la technique de cristallisation est connue depuis des siècles, la science de la cristallisation nous est encore aujourd’hui très utile. C’est ainsi grâce à elle que nous sommes capables de fabriquer des cristaux de silicium suffisamment purs pour pouvoir construire des puces électroniques performantes, grâce auxquelles vous pouvez lire ces mots 😉 !

Alors, prêts à vous lancer ?? Envoyez-moi vos photos !