Faites disparaître de l’eau - à l’aide d’un polymère superabsorbant

Les langes pour bébé peuvent absorber un grand volume d’eau grâce aux molécules super absorbantes. Mais pourquoi des gels super absorbants peuvent absorber autant d’eau ?

Compte tenu des risques (voir précautions ci-dessous), il est recommandé de faire cette expérience en présence d'un adulte.

Réalisation

Le polymère superabsorbant est une poudre blanche qui se trouve dans les couches pour bébé. Pour gagner la poudre nécessaire pour l’expérience à partir de couches, coupez ces derniers à l’aide de ciseaux et videz la totalité du contenu dans un sac en plastique. Secouez le sac pour séparer la poudre superabsorbante du coton.

Ajoutez une cuillère à café de poudre dans un récipient. Par la suite, avec élan, versez 200 ml d’eau (de préférence distillée) dans le récipient. Le mélange se solidifie et gélifie en une minute.

Principe

La morphologie des gels superabsorbants est comparable à celle d’une éponge avec ses espaces creux à l’intérieur de la matière. Grâce aux espaces vides, de l’eau peut y être absorbée et stockée. 

Les espaces creux présents dans les éponges ont un volume maximum limité. Seulement une petite quantité d’eau peut donc y être emprisonnée. Les espaces vides présents dans les hydrogels (on parle d’hydrogel si ces molécules absorbent et emmagasinent principalement de l’eau) sont cependant flexibles et peuvent s’agrandir énormément. De cette manière, un hydrogel peut absorber beaucoup d’eau. 

Bien que les espaces creux ne soient pas extensibles à l’infini, ils permettent d’absorber 100 à 1000 fois le poids de l’hydrogel. Il se forme alors un gel solide, qui même sous pression ne libère pas l’eau absorbée.

Réaction rapide

Une autre caractéristique remarquable des hydrogels est la vitesse à laquelle ils peuvent absorber une grande quantité d’eau : il s’agit de quelques secondes. Cette vitesse de réaction est surtout due à la présence d’ions de sodium dans la structure. L’un des effets entrant en jeu lors de l’absorption de grandes quantités d’eau grâce aux ions de sodium est appelée « osmose ».

Le polymère superabsorbant est composé de très longues chaînes de molécules qui peuvent être imaginés comme un côté d’une fermeture à glissière. Des groupes fonctionnels de ce polymère (les crochets de la fermeture à glissière) forment un lien avec les molécules d’eau (les crochets de l’autre côté de la fermeture à glissière).

Les molécules d’eau individuelles s’attachent donc à une chaîne et on obtient un gel solide : l’eau ne peut plus être libérée en pressant.

Comment peut-on enlever l’eau des hydrogels ?

Pour que les hydrogels libèrent de nouveau l’eau absorbée, l’équilibre osmotique doit être perturbé. Pour ce faire, la concentration d’ions de sodium en dehors de l’hydrogel doit être augmentée pour dépasser celle de l’intérieur de l’hydrogel. Le sel (du sodium) peut former un lien plus fort avec le polyacrylate de sodium et ainsi déplacer les molécules d’eau.

L’eau est toujours attirée vers l’endroit le plus riche en ions de sodium, donc à ce moment  vers l’extérieur de l’hydrogel. Au moment où l’hydrogel restitue son eau, il revient partiellement en son état liquide. Les espaces vides rétrécissent de nouveau : on dit que la matrice du gel collapse.

Astuces

Cette expérience fonctionne mieux avec de l’eau distillée, car contrairement à l’eau du robinet, l’eau distillée ne contient pas de sels. Plus la concentration de sel dans l’eau utilisée est élevée, plus vous aurez besoin de polymère absorbant. Mais cette propriété peut également être utilisée pour liquéfier à nouveau le gel. En ajoutant une cuillère à soupe de sel de table au gel, il est transformé de nouveau en un liquide.

Précautions

Cette substance n’est pas considérée comme dangereuse. En cas de contact avec les yeux ou de plaies ouvertes, rincez abondamment avec de l’eau.

Disposition

Le gel peut être jeté avec les déchets ménagers ; le liquide peut être versé dans l’évier.

Auteur: Joao Martins (Pins), Joseph Rodesch (FNR), Liza Glesener
Vidéo: Joao Martins (Pins), Jean-Paul Bertemes (FNR), FreeLens TV
Foto: FNR & Mieske/PIXELIO
Musique: Jean-Paul Bertemes