Des physiciens néerlandais ont identifié un type de cristal qui, bizarrement, peut devenir inhabituellement mou et mou à l’extérieur. Les cristaux sont généralement des solides durs qui se distinguent par leurs formes géométriques régulières et bien définies, reflétant leur structure moléculaire hautement ordonnée. La glace, le sel de table ou le quartz en sont des exemples familiers. Certains sels qui contiennent déjà de l’eau dans leur structure chimique perdent toutefois leur forme et leur dureté lorsqu’ils sont dissous par l’humidité.
L’étude a été réalisée par le professeur Noushine Shahidzadeh, physicien chimiste à l’université d’Amsterdam, et ses collègues.
Ils expliquent : “Les minéraux sont des matériaux naturels qui constituent une grande partie de la Terre et des autres planètes.
“Leurs propriétés physiques sont généralement déterminées par les éléments chimiques qui les composent – le réseau cristallin définissant l’arrangement des atomes et la nature des liaisons.”
Certaines de ces propriétés, notent-ils, sont d’une “grande importance technologique” – par exemple, si elles sont fluorescentes, magnétiques ou radioactives.
Les chercheurs poursuivent : “Parmi ces propriétés figure la tendance du cristal à absorber l’humidité et à être dissous par l’eau, ce que l’on appelle la ‘déliquescence’ et qui se produit au-dessus d’un taux d’humidité relative critique.”
Certains sels, appelés hydrates, contiennent déjà de l’eau comme partie intégrante de leur structure cristalline. C’est le cas de la mirabilite, également connue sous le nom de “sel de Glauber”, un minéral de sulfate de sodium qui forme des cristaux vitreux, incolores à blancs.
La mirabilite se forme naturellement lors de l’évaporation d’une saumure contenant du sulfate de sodium et apparaît dans des endroits tels que les sources salines et le long des “lacs de playa” salés (c’est-à-dire les lits de lacs asséchés).
Shahidzadeh et son équipe ont découvert que la mirabilite se comporte très différemment des sels anhydres, ou sans eau, comme l’halite (sel de table) lorsqu’elle absorbe de l’humidité.
Les chercheurs ont étudié la mirabilite – ainsi que l’halite et un autre sel anhydre, la thénardite, forme totalement déshydratée de la mirabilite – alors qu’ils franchissaient leurs points de déliquescence respectifs.
Ils ont déclaré : “En utilisant diverses techniques de microscopie combinées à la spectroscopie Raman, nous montrons que les cristaux de mirabilite non seulement perdent leurs facettes, mais deviennent également mous et déformables.
“En conséquence, les microcristaux de mirabilite se comportent simultanément comme des cristaux dans la masse du noyau et comme des liquides à la surface.”
Une “flottement” similaire a également été observé dans un autre hydrate étudié – le sulfate de magnésium hexahydraté – mais pas dans les sels anhydres, qui ont essentiellement gardé leur forme pendant tout le processus de déliquescence, restant durs au fur et à mesure de leur dissolution.
Les chercheurs ont étudié la mirabilite – ainsi que l’halite et un autre sel anhydre, la thénardite, la forme totalement sèche de la mirabilite – lorsqu’ils ont franchi leurs points de déliquescence respectifs.
Selon le professeur Shahidzadeh et son équipe, “le comportement particulier de la mirabilite semble être lié à l’eau cristalline et à sa mobilité dans la structure cristalline.
Cela, expliquent-ils, entraîne “un désordre progressif à la surface et confère de la douceur au cristal pendant le lent processus de déliquescence.”
En plus d’être bizarres, les résultats peuvent avoir des implications pratiques, ont expliqué les chercheurs.
La déliquescence en général, notent-ils, “a un impact majeur sur la stabilité des poudres cristallines qui sont importantes par exemple en pharmacologie, en science alimentaire et pour notre environnement et notre climat.”
Plus spécifiquement, ajoutent-ils, “les sels hydratés contrôlés ont des applications potentielles telles que le stockage de l’énergie thermique, où le paramètre clé est l’humidité relative plutôt que la température.”