Pourquoi l'eau et l'huile ne se mélangent-elles pas ? John Pollard

La leçon complète : http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-pollard

Le sel se dissout dans l'eau mais pas l'huile. Pourquoi ? On peut imaginer un verre d'eau comme une immense piste de danse dans lequel les molécules d'eau échangent sans arrêt de partenaire de danse. Et elles préfèrent danser avec les ions de sel. John Pollard explique comment deux principes chimiques, l'énergétique et l'entropie, dirigent le dance floor. Leçon par John Pollard, animation par Andrew Foe

Pourquoi le sel se dissout-il dans l'eau
mais pas l'huile?

En un mot, à cause de la chimie,

mais ce n'est pas suffisant, non ?

La raison pour laquelle
le sel se dissout dans l'eau mais pas l'huile

se réduit à deux raisons principales

qui sont au cœur de tout :

l'énergétique

et l'entropie.

L'énergétique couvre en gros

les forces d'attraction entre les choses.

Quand on regarde de l'huile
ou du sel dans l'eau,

on se concentre sur les forces entre particules

à une très, très très petite échelle,

au niveau moléculaire.

Pour vous en donner une idée,

dans un verre d'eau,

il y a plus de molécules

que d'étoiles connues dans l'univers.

Toutes ces molécules sont
en mouvement constant,

remuant, vibrant et virevoltant.

Ce qui empêche la plupart de ces molécules

de s'envoler hors du verre

c'est l'interaction attractive entre molécules.

La force de ces interactions

entre l'eau et elle-même,
et avec d'autres substances

c'est ce qu'on appelle l'énergétique.

Vous pouvez imaginer les molécules

dansant perpétuellement

un genre de samba,

où elles changent sans arrêt
de partenaires au hasard.

Simplement, la capacité des substances

à interagir avec l'eau,

ou à ne pas interagir

comme l'eau interagit avec elle-même,

joue un rôle important pour expliquer

pourquoi certaines choses
se mélangent bien dans l'eau

et d'autres non.

L'entropie décrit

la manière dont les choses et

l'énergie peuvent se combiner

à partir d'un mouvement aléatoire.

Prenez par exemple l'air d'une pièce.

Imaginez tous les arrangements

dans l'espace pour les milliers de
milliards de particules

qui composent l'air.

Certains de ces arrangements

pourraient avoir toutes les
molécules d'oxygène par ici

et toutes les molécules d'azote par là,

séparées.

Mais il y a beaucoup plus de combinaisons

qui mixent les molécules entre elles.

Donc, l'entropie préfère le mélange.

L'énergétique s'occupe des forces d'attration

et donc, si les forces d'attraction sont présentes

la probabilité de certaines combinaisons

peut être augmentée,

celles dans lesquelles les molécules

sont attirées par les autres.

C'est toujours l'équilibre entre ces deux aspects

qui détermine ce qui se passe.

Au niveau moléculaire,

l'eau est formée de molécules d'eau,

composées de deux atomes d'hydrogène
et d'un atome d'oxygène.

Dans l'eau liquide, ces molécules sont constamment

en train de danser la samba,

ce qu'on appelle le réseau de liaisons hydrogène.

L'entropie préfère que

la danse ne s'arrête jamais.

il y a toujours plus de possibilités

que toutes les molécules d'eau s'arrangent

dans une samba,

plutôt que si elles dansaient

en ligne.

Donc, la samba ne s'arrête jamais.

Alors que se passe-t-il
quand on ajoute du sel dans l'eau?

Et bien, au niveau moléculaire,

le sel est composé de deux ions différents,

chlorure et sodium,

qui sont agencés comme un mur de briques.

Ils arrivent sur la piste

comme un grand groupe compact

et ils s'asseyent tout d'abord sur le côté,

timides et réticents à se séparer

en ions individuels pour aller danser.

Mais en secret, ces danseurs timides

attendent juste qu'on les invite.

Et, quand l'eau tombe sur eux par hasard,

et les attire sur la piste hors de son groupe,

ils y vont.

Et quand ils commencent à danser,

ils ne reviennent pas.

En fait, l'addition des ions sels

ajoute de nouvelles possibilités de figures

à la samba,

donc ils préfèrent continuer à danser avec l'eau

Maintenant, prenons l'huile.

Pour l'huile, les molécules seraient d'accord

de danser avec l'eau,

et l'entropie voudrait bien

qu'elles rejoignent la piste.

Le problème est que les molécules d'huile

portent des robes de bal gigantesques,

qui sont bien plus grandes
que les molécules d'eau.

Si bien que quand une molécule d'huile

est attrapée

sa taille vient bousculer la danse

et l'échange aléatoire de partenaires

auquel participe l'eau

est une partie importante de la danse.

En plus, elles ne sont pas bonnes danseuses.

Les molécules d'eau essaient d'inviter

les molécules d'huile dans la danse,

mais elles n'arrêtent pas de se cogner
à leurs robes

et en plus, elles prennent toute
la place sur la piste.

Il y a beaucoup plus de façons
de danser pour l'eau

quand l'huile sort de la piste,

alors l'eau fait sortir l'huile,

et la repousse dans les coins avec les autres.

Et dès qu'un grand nombre d'huiles

a été repoussé sur le côté,

elles se réunissent pour se plaindre

de la manière dont l'eau les traite

et se regroupent ensemble.

Ainsi, c'est cette combinaison

des interactions entre molécules

et des configurations possibles

quand elles se déplacent au hasard

qui décide si elles se mélangent.

En d'autres termes, l'eau et l'huile
ne se mélangent pas

parce qu'elles ne forment pas
un bon couple de danseurs.