La silice  est une molécule composée de silicium.

Le silicium, un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.

C’est l’élément le plus présent sur Terre après l’oxygène.

 

Autant dire que les composants nécessaires à la fabrication d’eau sèche ne sont pas épuisés!

 

Il existe aussi deux types de silice: la silice dite organique et la silice minérale.

 

La silice organique  possède, en plus du silicium, des atomes de carbone (C) ou d’hydrogène (H)

 

En ajoutant deux atomes d’oxygène au silicium, on obtient la silice minérale, celle qui nous intéresse pour la synthèse de l’eau sèche.

 

                                          O=Si=O

 

 

Mais au fait, qu'est ce que la silice “hydrophobe”?

 

Une substance est dite hydrophobe (« qui n'aime pas l'eau ») quand elle repousse l'eau ou est repoussée par l'eau. On parle aussi de groupement hydrophobe pour la partie d'une molécule qui se comporte de la même façon. Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l'eau.

 

Sur un support hydrophobe, les gouttes d’eau demeurent sphériques grâce à une force appelée tension superficielle. C'est cette même tension qui permet aux insectes de marcher sur l'eau, à un objet de se maintenir à la surface d'un liquide, à la rosée de ne pas s'étaler sur les pétales de fleurs ou les feuilles et à la coalescence des gouttes (réunification de deux substances).

 

 

En fait, à l'endroit de rencontre entre 2 milieux, la matière n'est pas tout à fait dans le même état que dans le reste du milieu. Cet état local est soumis une énergie supérieure, une tension : la tension superficielle.

La tension superficielle est donc la tension qui existe à l'interface de séparation de deux milieux, et qui est due à la force de cohésion entre les molécules de ces milieux.

 

Lorsque deux liquides A et B sont miscibles, ils forment une seule phase. Par contre, s’ils sont non miscibles, ils forment deux phases distinctes.

 

S’ils sont non miscibles, c’est que les molécules se repoussent. Les molécules situées à l’interface sont donc soumises :

• pour les molécules de A : 1) à une attraction vers l’intérieur du liquide A ;                                                                                                               2) à une répulsion de la part des molécules de B ;

 

 

• pour les molécules de B : 1) à une attraction vers l’intérieur du liquide B ;                                                                                                                2) à une répulsion de la part des molécules de A.

 

On voit donc que la résultante des forces est située vers l’intérieur de chacun des liquides dans tous les cas.

La forme de l’interface est donc déterminée par

• les forces d’attraction au sein des liquides, A/A et B/B ;

• la force de répulsion entre A et B ;

• la pesanteur le cas échéant.

 

C’est le cas de l’eau et de l’huile, de la vinaigrette :

•  soit l’huile forme une couche au-dessus de l’eau ;

•  soit l’huile forme des gouttelettes au sein de l’eau (émulsion).

La capillarité est l’étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l’air ou entre un liquide et une surface. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards aspirent l’encre, ou quand les éponges s’imbibent d’eau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On appelle alors l’étude de l’interface entre deux milieux non miscibles (air/eau liquide…) la capillarité. Cette étude est donc possible grâce à la tension superficielle entre les deux milieux.

 

Cependant, sur certaines surfaces, la force d’adhésion de l’eau est telle que celle-ci crée un “mouillage” ou “humectage” de la surface. C’est donc la nature de la surface qui détermine si cette dernière est hydrophile ou hydrophobe.

 

C’est à ce moment qu’entrent en jeu les tensioactifs d’une surface.

 

Un tensioactif (ou agent de surface) est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. C’est donc un corps qui même utilisé en infimes quantités, modifiera la tension superficielle, en particulier celle de l’eau liquide.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D’une manière générale, cette notion de tension superficielle peut s’étendre à tout type d’interface entre deux milieux distincts, on parle alors d’énergie interfaciale.

 

On note habituellement :

• γSL l’énergie interfaciale solide/liquide

• γSV l’énergie interfaciale solide/vapeur

• γLV l’énergie interfaciale liquide/vapeur

Les interactions entre un liquide et un gaz étant dans la plupart des cas négligeables, la tension interfaciale γ n’est pas ou très peu influencée par la vapeur environnante et on utilise couramment l’approximation γ=γLV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- On dit que le mouillage est « total » si l’angle de contact est nul.

- Dans le cas contraire, le mouillage est « partiel », le liquide reste sous forme de goutte et l’angle de contact est positif.

 

• On parle d’un liquide « mouillant » si θ < 90° et « non mouillant » si θ > 90°.

• Dans le cas où le liquide est l’eau, on utilise de préférence les termes de surface hydrophile ou surface hydrophobe.

• Enfin, on parle de mouillage « nul » pour un angle de contact proche de 180.

La plupart du temps, γSV > γSL et donc θ < 90°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La silice utilisée pour la synthèse d’eau sèche n’est pas juste de la silice minérale, en effet, elle subit différents traitements dans un premier temps.

 

Chez Watearth, nous utilisons essentiellement  de la silice dite pyrogénique formée par hydrolyse du tétrachlorure de silicium (SiCl4).

 

Aujourd’hui, elle est utilisée par exemple comme agent de polissage. Les principaux producteurs sont les sociétés Degussa, Cabot et Wacker.

Le procédé industriel utilisé pour sa fabrication est un procédé de combustion dans un mélange généralement composé de dihydrogène et d’air. Il permet d’obtenir une silice très pure (∼ 99,7 %) d’après la réaction suivante :

               

               SiCl4 + 2H2 + O2 (T>1000◦C) → SiCl4 + 2H2O (T>1000◦C) → SiO2 + 4HCl  

 

L’acide chlorhydrique formé au cours de cette réaction est récupéré par centrifugation et/ou filtration.

 

D’un point de vue macroscopique, la silice pyrogénique se présente sous la forme d’une poudre blanche pulvérulente. Cet aspect très particulier s’explique par une morphologie inhabituelle des grains de poudre. Il se forme alors des agrégats très aérés de structure irrégulière dont la taille varie autour de quelques centaines de nanomètres .

Elle est généralement comprise entre 50 et 500 m2/g avec la surface spécifique.

 

A la fin de la combustion, les agrégats s’associent sous l’effet de l’enchevêtrement mécanique et des forces de Van der Waals pour former des agglomérats dont la taille peut atteindre une centaine de micromètres.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ces liaisons n’étant pas permanentes, ce sont bien les agrégats qui constituent les particules élémentaires de la silice pyrogénique.

 

La silice possède à sa surface des groupements silanols Si-OH et des groupements siloxanes Si-O-Si .

Le nombre de groupements silanols à la surface de la silice dépend des conditions opératoires (de l’ordre de 2,5 à 5 SiOH par nm2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Comme pour l’ensemble des silices amorphes, il est possible de diminuer le nombre de groupements silanols par traitement thermique.

Depuis 1962, cette gamme de silice pyrogénique a été largement développée et d’autres fabricants se sont lancés sur le marché. 

 

L' “eau sèche” est donc un enrobage de gouttelettes d’eau par des nanoparticules de silice, lui donnant cet aspect de poudre. C'est cette propriété qui lui apporte de nombreuses applications...