Pourquoi un plus grand volume chauffe plus ?

[Rhodar01]

Bonjour,

J'ai une question sur laquelle j'apprécierai grandement votre aide.

Je travaille actuellement sur une réaction de polymérisation. Je mélange les réactifs, et je fais un relevé de la température dans les quelques minutes qui suivent le début de la réaction.
Lorsque je fais cette réaction avec un volume de 50 mL, la température monte en 30 secondes jusqu'à une certaine température.
Lorsque je fais cette réaction avec 700 mL, la température monte plus haut qu'avec les 700 mL.

Pourtant ce sont les mêmes réactifs en même concentration, et le mélange n'a pas le temps, même avec 50 mL seulement, de se refroidir significativement en 30 secondes.

Alors pourquoi est ce que mes 700 mL chauffent plus que les 50 mL ???
Chaque gramme d'eau demande une certaine énergie pour chauffer d'un degré supplémentaire. Or, mes réactifs sont en même concentration dans chaque gramme d'eau, la réaction dégage donc la même énergie par gramme d'eau, que ce soit dans 50 ou 700 mL.

Manifestement, l'expérience dit que j'ai tort, mais où ?
Merci d'avance pour votre aide.
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[obi76]

Bonjour,

et le mélange n'a pas le temps, même avec 50 mL seulement, de se refroidir significativement en 30 secondes.

et pourtant, il n'y a que cette explication de valable (de mon point de vue). La chaleur perdue dépendant de la surface entre ton mélange et l'extérieur, le rapport énergie volumique dégagée / énergie perdue par unité de surface sera d'autant plus grande que ton volume est grand...

[sitalgo]

B'jour,

Faut pas oublier le récipient.

[mach3]

Manifestement, l'expérience dit que j'ai tort, mais où ?

sur le transfert thermique qui dépend de la surface de ton réacteur et non de son volume.

Supposons que la puissance générée par ton mélange réactionnel soit constante au cours du temps (pour simplifier), ton mélange va monter en température. La différence de température entre ton mélange et l'extérieur va engendré un transfert thermique vers l'extérieur, dont la puissance est ~proportionnelle à la différence de température. Arrivé à une certaine différence de température, la puissance dissipée vers l'extérieur égalera celle qui est produite par la réaction et on aura un état stationnaire (T fixe dans le réacteur).

La puissance dégagée par ta réaction varie avec le volume, par contre la puissance dissipé varie avec la surface de contact du mélange avec l'extérieur. Si tu multiplie par 10 l'échelle de ton réacteur, tu multiplie le volume par 1000 mais la surface par 100, du coup la température de l'état stationnaire sera plus élevée.

C'est pour cela que les montées en échelles (scale-up dans le jargon) dans l'industrie chimique peuvent parfois être compliquées : toutes les grandeurs ne varient pas de la même façon. Et on n'arrive parfois jamais à reproduire dans un 25 litres ce qu'on faisait dans 25mL...

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Une autre possibilité est que la réaction s'accélère avec la température. La réaction des 50 ml se fait "lentement" car la surface est grande par rapport au volume et que le récipient refroidit aussi, comme ça a été dit précédemment. La température maximale sera plus faible et le temps total de réaction plus long.
Dans un gros volume, les parois jouent moins et la réaction "s'emballe" (entre guillemets). La réaction est plus rapide et la température maximale plus élevée.
Au revoir.

[obi76]

Bonjour.
Une autre possibilité est que la réaction s'accélère avec la température. La réaction des 50 ml se fait "lentement" car la surface est grande par rapport au volume et que le récipient refroidit aussi, comme ça a été dit précédemment. La température maximale sera plus faible et le temps total de réaction plus long.
Dans un gros volume, les parois jouent moins et la réaction "s'emballe" (entre guillemets). La réaction est plus rapide et la température maximale plus élevée.
Au revoir.

Bonjour LPFR,

concernant les parois, elles ne ralentissent pas nécessairement la réaction. En supposant qu'elles sont à la même température que le liquide au départ, au contraire, la présence de la paroi accélère la réaction.

[LPFR]

Bonjour Obi.
Même si au départ elles sont à la même température, une partie de la chaleur de la réaction sera utilisée pour chauffer les parois en même temps que les réactants. Donc, ils chaufferont une peu moins que s'il n'y avait pas des parois.
Mais il est vrai que des parois épaisses diminuent aussi l'échange avec l'extérieur.
Cordialement,

[Rhodar01]

Merci beaucoup pour vos réponses !

Il semblerait donc, si j'ai bien compris, que mon erreur ait été de supposer négligeable la capacité du récipient (thermostaté à 20°C, j'avais oublié de le préciser... ) à refroidir significativement mon volume en 30 secondes...

Maintenant que vous le dites... il me parait évident qu'un volume de 50mL de solution sous agitation à l'intérieur d'un récipient thermostaté à 20°C va forcement subir un refroidissement..... d'autant plus qu'à y réfléchir, 30 secondes, ce n'est pas si court que ça...

Moralité : TOUJOURS vérifier la validité de ses postulats de départ...

Encore merci !