Végétation métallique - Définition

Introduction

En chimie, une végétation métallique est un type de dendrite qui apparaît lors de certaines réactions chimiques. Les végétations métalliques peuvent présenter des formes analogues à celles des dendrites de solidification, dues quant à elles à un effet purement physique. Les végétations métalliques apparaissent notamment lors de réactions d'oxydo-réduction en solution aqueuse. Le nom d’arbre ou d'arbrisseau leur est souvent attribué.

Types de végétations métalliques

Certaines végétations métalliques possèdent un nom particulier, en fonction du métal formant la végétation. Ce nom fut tiré de la terminologie de l'alchimie, discipline dans laquelle des personnages de la mythologie romaine étaient associées aux métaux.

• Arbre de Diane ou Arbre philosophique, végétation d'argent. Une solution est produite par action de l'acide nitrique sur de l'argent métallique. La végétation apparaît après introduction d'une goutte de mercure.
• Arbre de Mars, végétation de fer, dont la découverte est attribuée à Louis Lémery en 1706. La solution de fer est produite par action de l'acide nitrique sur la limaille de fer. La végétation de fer apparaît soit sur les parois du récipient, soit au-dessus du liquide après addition de liqueur alcaline de tartre (obtenue par combustion du bitartrate de potassium).
• Arbre de Saturne, obtenu à partir d'un clou de zinc et d'une solution d'acétate de plomb.
• Arbre de Jupiter, obtenu à partir d'un clou de zinc et d'une solution d'ions étain.

Interprétations

Les alchimistes qui furent les premiers à observer le phénomène le comparèrent à une palingénésie, c'est-à-dire, dans le sens ancien, à une génération spontanée.

L'interprétation donnée par Charles Marie de La Condamine (rapportée dans L'Encyclopédie) est que le dissolvant (l'acide nitrique) « abandonne » le métal dissous pour aller dissoudre celui du clou métallique, lorsque la dissolution de ce dernier est plus facile. Une fois que le solvant s'est « évaporé », le métal se dépose. Cette forme cristalline n'est pas, selon Charles Marie de La Condamine, de la même nature que les parcelles de métal complètement « dégagées du nitre » et, en empêchant la libre circulation du solvant, serait à l'origine de l'irrégularité des ramifications.

En termes plus modernes, l'interprétation ne fait pas appel à une dissolution mais à une réaction d'oxydo-réduction. Dans l'expérience de l'arbre de Diane, l'argent métallique est préalablement oxydé par l'acide nitrique. De cette attaque résulte la formation d'une solution de nitrate d'argent I. Lorsque le clou de fer est plongé dans la solution, des ions argent I sont réduits en argent métal à la surface du clou, où le fer métal est oxydé en ions fer II. Une réaction d'oxydo-réduction suppose un échange d'électrons, donc un milieu conducteur. L'argent métallique étant un excellent conducteur électrique, les ions argent peuvent précipiter à la surface de l'argent métal, tandis que le fer métallique du clou se trouve oxydé en ions fer progressivement. Le métal cristallin croît donc en partant du centre et sous la forme d'une aiguille.

Plus récemment, les chimistes ont étudié les phénomènes liés au transport de matière de façon à expliquer la forme d'arbre branchée des végétations métalliques. Les modèles qui permettent cette étude sont comparables à ceux utilisés plus largement la croissance en dendrites. Ainsi, un modèle d'agrégation limité par la diffusion a été proposé. Il considère une particule initiale à laquelle s'agrègent d'autres particules qui suivent une mouvement brownien. Ce modèle permet de produire des arborescences qui s'apparentent à celles observées dans les expériences de végétations métalliques. Cette formulation, qui ne tient pas compte des phénomènes physiques et chimiques de surface, peut être complétée par des approches phénoménologiques, comme les modèles de champ moyen électrochimique.