Si vous souhaitez voir l’un des faits que vous considérez comme fondamental s’envoler par la fenêtre, voici un élément intéressant à prendre en compte : lorsque les bonnes conditions sont réunies, il est possible de faire bouillir de l’eau jusqu’à ce qu’elle gèle et devienne donc solide.

Comme le montre la vidéo de Cody’s Lab (sous le paragraphe suivant), après quelques minutes d’ébullition, l’eau commence à former des cristaux de glace solide et elle est effectivement froide au toucher.

Cela semble fou n’est-ce pas ? Mais alors, que se passe-t-il réellement ?

Tout d’abord, passons en revue la configuration, car dans des circonstances normales, il est bien entendu impossible de faire bouillir quelque chose qui gèle l’instant d’après.

Comme c’est expliqué dans la vidéo (ci-dessous), il faut une chambre de pression, qui utilise une pompe à vide pour aspirer tout l’air de la zone avec laquelle vous travaillez. À l’intérieur de celle-ci, Cody dépose un bécher contenant 60 ml d’eau de robinet, à température ambiante.

Un sel fait de sulfate de magnésium anhydre et une bouteille enduite de sulfate de calcium sont également placés à l’arrière de la chambre. Ces deux substances ne sont pas là pour aider le processus d’ébullition-congélation : elles aident à absorber la vapeur d’eau afin que la chambre de pression ne soit pas endommagée par l’accumulation de cette dernière. Quelques morceaux de calcite solide sont ensuite ajoutés à l’eau sous forme de « copeaux d’ébullition », ce qui n’affectera rien sur le plan de la température, mais aidera l’eau à bouillir plus facilement.

Bien. Maintenant que les conditions sont optimales pour mener l’expérience, voyons ce qui se passe réellement.

Il faut savoir qu’à l’intérieur de la chambre de pression, l’eau ne va pas être bouillie en augmentant la température. Au lieu de cela, elle va être bouillie en diminuant la pression. Comme l’explique Cody, le point d’ébullition d’un liquide dépend à la fois de la température et de la pression, et plus le liquide est chaud, plus la pression de vapeur est élevée.

À 100 degrés Celsius (le point d’ébullition normal de l’eau), la pression de vapeur est de 1 atmosphère normale (atm), soit 0.101325 mégapascal (MPa). À ce stade, l’eau commence à s’évaporer et passe d’un état liquide à un état gazeux (vapeur). À température ambiante, la pression de la vapeur d’eau est beaucoup plus faible, donc stable et ne bout pas.

En se basant sur ces principes, vous pouvez mettre de l’eau à température ambiante dans une chambre de pression, commencer à retirer l’air (donc à baisser la pression) et après quelques minutes, la température d’ébullition descendra en-dessous de la température de l’eau et vous obtiendrez une ébullition sans que l’eau chauffe. « Théoriquement, si je continue à abaisser la pression, l’eau devrait continuer à bouillir, et perdre de la chaleur, car les molécules d’eau qui rebondissent – les plus chaudes, ou celles qui ont le plus d’énergie cinétique – partiront comme un gaz, laissant le reste des molécules plus froides », explique Cody. Vous pouvez consater dans la vidéo que lorsque l’eau bout, sa température tombe en réalité au point de congélation.

Comme l’explique le département de physique de la Harvard-Westlake School en Californie (USA), lorsque vous faites bouillir de l’eau en abaissant la pression, les molécules qui restent à l’état liquide donnent de l’énergie à celles qui s’échappent en tant que gaz. « De toute évidence, les molécules existant à l’état gazeux ont plus d’énergie cinétique que celles qui sont incapables de surmonter les forces faibles intermoléculaires », expliquent-ils. « Ainsi, au fur et à mesure que le processus d’ébullition se poursuit, le liquide perd de plus en plus de chaleur. La pompe à vide continue d’arrêter la pression des molécules gazeuses, ce qui permet au processus d’ébullition de continuer. (…) Finalement, la température du liquide baisse à un tel point qu’il finit par geler », ajoutent-ils.

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