Absorption d'eau par un polymère superabsorbant : la neige artificielle

Introduction

Les polymères superabsorbants sont une classe de polymères (longues chaines de molécules) qui sont capable d'absorber de grandes quantités d'eau. Ils sont couramment utilisés dans les couches pour bébés et dans des désodorisants (dans lesquels le polymère absorbant forme un gel qui libère lentement le liquide odorant qu'il renferme).

Les expériences ci-dessous visent à montrer les propriétés d'absorption d'un de ces polymères dont une application est la neige artificielle.

Expériences

Absorption d'eau

Dans un verre contenant une cuillère à café de polymère superabsorbant (PSA), ajouter un verre d'eau. Le PSA absorbe toute l'eau et semble être quasiment sec au toucher. C'est l'état de "neige artificielle" du polymère. Les molécules d'eau sont piégées entre les chaines de polymère pour former un gel.

Ajoute lentement de l'eau en mélangeant en même temps. Lorsque le mélange devient mouillé, le polymère ne peut plus absorber d'eau. Tu peux répéter l'expérience en mesurant la masse de poudre initiale $m_{\text{i}}$ et la masse du mélange au seuil de mouillage $m_{\text{f}}$ pour estimer quelle quantité d'eau le polymère peut absorber:

$$f_{\text{eau}} = \frac{m_{\text{f}}-m_{\text{i}}}{m_{\text{f}}}$$

Désorption d'eau

Ajoute au PSA saturé en eau obtenu précédemment une demi cuillère à café de sel et mélange vigoureusement. Au bout de quelques secondes, le mélange devient presque entièrement liquide. L'eau qui était emprisonnée dans les flocons sous la forme de gel est libérée. Les polymères absorbants retiennent moins d'eau salée que d'eau du robinet.

Pour aller plus loin

Tu peux mesurer les quantités que le PSA peut absorber pour différents liquides: eau distillée, vinaigre ou jus de citron dilué dans de l'eau...

Pour découvrir comment fonctionne un polymère superabsorbant regarde cette page.

Essaie d'expliquer cette expérience

Prépare 1 g de PSA saturé en eau du robinet en mesurant la quantité d'eau nécessaire. Dispose-le dans une assiette en étalant bien et laisse-le sécher (cela peut prendre plusieurs jours). Tu obtiens de la poudre similaire au produit initial. Mesure alors combien d'eau cette nouvelle poudre peut absorber. Tu devrais trouver une quantité similaire à celle nécessaire pour la première préparation.

Maintenant, répète l'opération avec de l'eau salée: Dissous une cuillère à café de sel dans un verre d'eau. Dans un autre verre, verse 1 g de PSA sec. Ajoute de l'eau salée jusqu'à ce que le polymère ne puisse plus en absorber. Laisse sécher sur une assiette. Une fois sec, récupère la poudre dans un verre et mesure combien d'eau du robinet la nouvelle poudre peut absorber. La quantité est plus faible que lorsque de l'eau du robinet est utilisée au début. Pourquoi ?