C03 Stabilité d'un système colloïdal

But: Montrer les phénomènes qui se manifestent lorsque les forces d'interaction entre les particules colloïdales se déséquilibrent.

Lorsque dans un système colloïdal les particules s'approchent et se heurtent, c'est l'équilibre des forces d'attraction et de répulsion qui déterminent la stabilité du système. Au cas où les forces d'attraction de Van der Waals sont plus grandes que les forces de répulsion de Coulomb et/ou que la répulsion stérique, les particules du système colloïdal "s'agglutinent" ou "s'agrègent".

Au cas où les particules sont solides dans une phase continue liquide (suspension), cette "agrégation" engendre la formation de "flocons". Ce sont des structures tridimensionnelles de particules agrégeantes. Si le poids spécifique de ces particules est supérieur à celui de la phase continue, il y aura sédimentation des flocons. Le sédiment qui se forme est peu compact et peut facilement être remué, mais la situation de la dispersion stable ne sera plus jamais atteinte.

  Au cas où les particules sont liquides dans une phase continue liquide (émulsion), cette "agglutination" aura comme conséquence que les interfaces entre les deux phases se fondent formant ainsi un système macroscopique à deux phases (coalescence). Si le poids spécifique de la phase disperse est inférieur à celui de la phase continue, les gouttes coalescentes monteront ou "crèmeront".

Un "designer" de systèmes colloïdaux stables veillera donc à ce que les particules ne "s'agglutinent" pas trop lors de collisions afin d'éviter que les phases se séparent. Il le fait en ajoutant des ions ou des molécules qui renforcent la répulsion électrostatique ou stérique par rapport aux forces d'attraction présentes.

Souvent pourtant, le chimiste cherche à obtenir des émulsions ou suspensions stables en formant des réseaux tridimensionnels de particules floconnantes. La viscosité de la phase continue est ainsi augmentée à tel point que la sédimentation ou le crémage est énormément ralenti.

Un exemple:

Le lait est une émulsion de gouttes de graisse dans l'eau. En ajoutant une matière acide, on modifie la charge que ces gouttes de graisse présentent sur leur surface. Le mécanisme de la stabilisation de charges s'écroule et il y a floculation des gouttes de graisse. Prenez un peu du thé avec du lait et du citron; le résultat sera très peu appétissant!

Nos ancêtres préparaient le beurre en "battant" le lait dans une beurrière: lorsque l'énergie mécanique ajoutée, qui mène à une plus haute fréquence de collisions entre les gouttes de graisse, est plus grande que la stabilisation par les forces de répulsion de Coulomb ou par la répulsion stérique, il y a coalescence et les gouttes de graisse s'agglutineront pour former le beurre.