|
La pression de vapeur est la pression partielle de la vapeur d'un
corps présent également sous forme liquide
(ou solide). Lorsque le système est
à l'équilibre (les proportions
relatives de gaz et liquide ou solide ne varient pas), la
pression de vapeur est dite "saturante".
Lorsque l'on est hors équilibre :
Notes : tant que la
température est inférieure à la
température d'ébullition, la pression
atmosphérique est supérieure à la pression de
vapeur saturante, donc à la pression pour laquelle les deux
phases de l'eau : vapeur d'eau et eau liquide peuvent coexister en
équilibre. Une hypothétique bulle de vapeur d'eau au
sein du liquide serait donc automatiquement retransformée en
liquide. Ce n'est que lorsque la température
d'ébullition de l'eau est atteinte qu'une bulle de vapeur
d'eau peut exister durablement au sein du liquide...
Voilà pourquoi à l'égalité de la pression
de vapeur saturante et de la pression atmosphérique correspond
la température d'ébullition.
Quand le dégazage se produit-il ?
L'eau contient en solution des gaz dissouts. C'est
grâce, en particulier à l'oxygène dissout dans
l'eau, que les poissons peuvent respirer. La solubilité de ces
gaz dans l'eau diminuant avec la température, lorsqu'on
chauffe l'eau, ces gaz repassent peu à peu sous forme gazeuse,
d'où l'apparition de bulles avant d'arriver à la
température d'ébullition de l'eau.
[A titre d'exemple, à 5°C, la
solubilité de l'oxygène dans l'eau est de 12,7 mg/L
environ, à 10°C elle est de 11,2 mg/L, à 50°C
elle est de 5,5 mg/L, et à 80°C de 2,8 mg/L. On voit donc
que, pour une eau initialement à une dizaine de degrés
celsius la moitié de l'oxygène dissout a
déjà disparu lorsqu'on atteint 50°C, soit bien
avant l'ébullition de l'eau].
Si on fait bouillir de l'eau, faisant ainsi disparaître les gaz
dissouts, et qu'on la refroidit avant de la refaire bouillir,
l'apparition des premières bulles sera retardée
(sous condition que l'on n'ait pas attendu
trop longtemps entre les deux opérations et que l'on n'ait pas
non plus agité l'eau.
L'agitation, en effet,
accélèrerait la dissolution de gaz dans l'eau bouillie
refroidie).
A la température d'ébullition
(Teb)
d'un liquide, sa pression de vapeur est donc égale
à la pression totale au dessus du liquide
(pression atmosphérique pour un système
ouvert). C'est ainsi que pour l'eau pure (sans sels dissous)
la température d'ébullition est de 100 °C
(373,15 K) sous une pression
atmosphérique "normale" de 101325 Pa (1013,25
hPa),
[
lien
interne explicatif de cette valeur ].
Température d'ébullistion de l'eau en fonction de
la pression de l'atmosphère :
Par exemples (Température d'ébulition,
Teb.) ,
- au sommet du Mont Blanc (4 808,7 m) : P =
554 hPa, Teb = 86 °C environ,
- au sommet de l'Everest (8848 m) : P = 320
hPa, Teb = 70 °C environ,
- à 15 km d'altitude : P = 120 hPa
environ, Teb = 50 °C environ.
Surchauffe :
Les liquides purs ont une température d'ébullition
constante, mais lorsque l'ébullition ne "démarre
pas"*, la température du liquide
s'élève au-dessus de la température
d'ébullition : c'est le phénomène de
surchauffe. L'ébullition
peut survenir de façon brusque et entrainer des projections de
liquide. Et souvent une fluctuation de température survient
:
Nota : on peut empécher ou diminuer le
phénomène en introduisant des copeaux de Teflon dans le
liquide.
*Pour qu\'il y ait début
d\'ébullition, des petites bulles extrêmement fines
(noyaux de croissance), doivent se former au sein du liquide.
Salinité
:
Pour chaque température, la pression de vapeur d'une solution
diminue par la présence d'un soluté,
et une solution doit donc être plus chaude pour bouillir.
La diminution de la pression de vapeur des solutions diluées
est une fonction de la composition quantitative de la solution, et ne
dépend pas de sa nature. On peut donc s'attendre à la
même chose pour pour l'augmentation de la température
d'ébullition. En fait, on peut démontrer que dans les
solutions diluées, l'augmentation de la température
d'ébullition est proportionnelle à la molalité
(m) du soluté (en supposant le
soluté non volatil).
Remarque : ne pas confondre la molalité avec la molarité
M !
(voir les termes
chimiques sur ce lien).
Soit,
avec,
DTeb
: augmentation de la température d'ébullition
( Teb
[solution] -
Teb
[solvant pur] ),
en °C,
Keb
: constante molale d'élévation de la
température d'ébullition, ou constante de
proportionnalité (°C
m-1),
m : molalité (en
moles/kg de soluté).
Nota : la valeur de Keb
ne dépend que du solvant et représente l'augmentation
de la température d'ébullition causée par
l'addition d'une mole de soluté à un kg de solvant
(si la solution est idéale).
NOTA : la valeur de Keb
pour l'eau est de 0,512 °C m-1
Exemple :
une quantité de 15 g de sel pur NaCl (chlorure
de sodium, de masse molaire 58,5 g mol-1) est
dissoute dans 500 g d'eau pure.
On calcule la température d'ébullition "normale" de la
solution (considérée comme
idéale) :
soit, :
nombre de moles NaCl > 15/58,5 = 0,2564 mol,
molalité > 0,2564 mol/0,5 kg = 0,5128 m,
et, DTeb
> (0,512 x 0,5128) = 0,26 °C,
donc, température d'ébullition normale de cette
solution > (100°C + 0,26) = 100,26°C.
Remarque : la proportionnalité qui existe entre la
molalité et l'augmentation de la température
d'ébullition permet de déterminer la masse molaire
approximatives des solutés (substances non volatiles).