Ebullition de l'eau

[emericlee]

Bonsoir aux personnes de FUTURA.

Une petite question m"interpelle, quand on fait chauffer de l'eau dans une casserole, la tension de vapeur étant fonction de température augmente jusqu'à dépasser la pression surmontant l'eau (à savoir 1 ATM) et la vaporisation rapide a lieu. La température reste fixe même en apportant de la chaleur car on est dans un changement d'état.

Mais quand l'eau se trouve en équilibre dans une enceinte fermée, la pression surmontant celle-ci est sa propre tension de vapeur. Cela signifie donc que l'ébullition est impossible ?
Si j'apporte de la chaleur, la tension de vapeur augmente laissant place a une plus grande place pour la phase gazeuse et l'équilibre est ré-atteint. Si je continue une énième fois à augmenter petit à petit la température, vais-je réussir à tout évaporer ? Sûrement je pense mais a une pression excessive.

Merci beaucoup.
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
L'eau bout dans une casserole car vous chauffez par le bas et les mouvements de convection ne suffissent pas à égaliser la température.
La température du fond augmente et avec elle la pression de vapeur jusqu'à ce qu'elle soit assez grande (pression atmosphérique plus pression hydrostatique) pour créer des bulles au fond de l'eau. L'eau se met à bouillir.
Si vous chauffez l'eau par le haut (avec un chalumeau, par exemple) l'eau s'évaporera, mais sans bouillir, car l partie la plus chaude sera la surface même de l'eau et non le fond.
Si vous remuez l'eau assez vite pour que l'eau chauffée au fond remonte rapidement, l'eau ne bouillira pas.
Au revoir.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Dans une enceinte fermée, la température d'ébullition va croître avec la pression pour atteindre , par exemple, 647° K pour 221 bars . Je ne connais pas de valeur au-delà .

[invite6dffde4c]

Bonjour,
Dans une enceinte fermée, la température d'ébullition va croître avec la pression pour atteindre , par exemple, 647° K pour 221 bars . Je ne connais pas de valeur au-delà .

Bonjour Catmandou.
Vous ne risquez pas.
Les 647 K (374,15°C) sont la température critique de l'eau. Elle ne peut exister que sous forme de vapeur au delà de cette température, quelque soit la pression.
Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[emericlee]

Bonjour,

A LPFR : Très intéressant ce que tu as apporté LPFR, je ne savais pas faire la distinction entre le fond et la surface lors d'un apport de chaleur. Cela me donnerait presque envie d'essayer avec un chalumeau pour voir.

A catmandou : Merci pour votre réponse, en reprenant ce que vous venez de dire, la température d'ébullition augmente avec la pression interne de l'enceinte. Si j'essaye de visualiser le comportement de notre système à l'équilibre, l'eau est à l'équilibre a 100 °C donc sa pression partielle = tension de vapeur. Si j'apporte de la chaleur jusqu'à 101 °C, sa tension de vapeur ayant augmentée créée une ébullition jusqu'à ce que la pression partielle redevienne égale à la tension de vapeur. Si je continue à 102 °C, etc.., etc... Donc on a successivement chaleur sensible puis latente, puis encore sensible, puis encore latente ? Mais jamais les 2 en même temps, ai-je bien compris car je suis pessimiste ?

Merci.

[invite6dffde4c]

... Si j'apporte de la chaleur jusqu'à 101 °C, sa tension de vapeur ayant augmentée créée une ébullition jusqu'à ce que la pression partielle redevienne égale à la tension de vapeur. Si je continue à 102 °C, ...

Re.
Non. À la pression atmosphérique, vous ne pouvez pas apporter de la chaleur au delà de 100 °C. Tout ce que vous apportez ne fait qu'évaporer de l'eau, mais elle ne dépassera pas les 100 °C (en surface).
A+

[emericlee]

Re.
Non. À la pression atmosphérique, vous ne pouvez pas apporter de la chaleur au delà de 100 °C.
A+

Oui, à pression atmosphérique, j'ai bien compris le truc mais dans le cas où l'eau est dans une enceinte étanche sans contact avec l’extérieur. Quel sera l'effet sur mon eau si j'apporte de la chaleur ? Elle va se mettre en ébullition si TV > P et sa température ne bougera pas puisque qu'on est en chaleur latente. Mais la vaporisation dura que très peu de temps puisque l'équilibre sera ré-atteint du fait que la vapeur émise dû à l'ébullition reste dans l'enceinte. Donc au final, est-ce que la chaleur latente (vaporisation) et sensible (augmentation de température) se manifeste en même temps ou c'est successive (une après l'autre) mais de façon rapide ?

Encore merci de votre temps et désolé de l'insistance, il est parfois difficile de faire comprendre par écrit ce que l'on cherche.
Cordialement.

[invite17fdf54e]

Bonjour.
L'eau bout dans une casserole car vous chauffez par le bas et les mouvements de convection ne suffissent pas à égaliser la température.
La température du fond augmente et avec elle la pression de vapeur jusqu'à ce qu'elle soit assez grande (pression atmosphérique plus pression hydrostatique) pour créer des bulles au fond de l'eau. L'eau se met à bouillir.
Si vous chauffez l'eau par le haut (avec un chalumeau, par exemple) l'eau s'évaporera, mais sans bouillir, car l partie la plus chaude sera la surface même de l'eau et non le fond.
Si vous remuez l'eau assez vite pour que l'eau chauffée au fond remonte rapidement, l'eau ne bouillira pas.
Au revoir.

Bonjour,

Tout d'abord merci pour l'ensemble de vos réponses toujours claires et précises!

Je me pose pas mal de questions sur l'ébullition et je n'arrive pas bien à comprendre:

- On lit parfois que l'ébullition se produit lorsque la pression de vapeur de l'eau est égale (ou supérieure?) à la pression atmosphérique et parfois on lit que c'est lorsque la pression de vapeur saturante qui est égale (ou supérieure?) à la pression atmosphérique?

- Quand on parle de la pression de vapeur, on se place à proximité de l'interface entre l'eau et l'air? Et pour la pression de vapeur saturante aussi? Elle ne doit pas être homogène dans l'ensemble de la piècevu qu'elle dépend de la température?

- Justement, concernant la pression de vapeur saturante, y a t-il un moyen d'expliquer pourquoi elle augmente avec la température (au niveau moléculaire)? Je n'arrive pas à trouver un raisonnement simple permettant de le comprendre...

- En toute rigueur, dans la définition de l'ébullition, il faudrait préciser qu'on chauffe par le dessous et qu'il faut tenir compte de la pression hydrostatique...?? Comment définir la température d'ébullition d'une casserole de 10m de haut chauffée par le dessous?

- Cet exemple du chalumeau est très intéressant, mais pourquoi ne peut-on pas avoir une ébullition localisée au voisinage de la flamme? Si on place un bol d'eau chaude sous le grill du four ne va t-on pas réussir à le mettre à ébullition? J'aurais tendance à penser que si..?

Merci pour votre attention!
Si quelqu'un à des réponses claires à mes interrogations, je lui en serait très reconnaissant!

[invite6dffde4c]

Bonjour.
L'ébullition est un phénomène "violent" qui comporte la formation de bulles de vapeur au fond ou sur les parois du récipient.
Quand on dit que l'ébullition à lieu "quand la pression de vapeur...etc." on néglige la profondeur du liquide et la pression hydrostatique. C'est un raccourci. En toute rigueur, la phrase est incorrecte.
Les bulles se forment (en gros) quand la pression de vapeur est égale à la pression atmosphérique plus la pression hydrostatique.
Dans votre récipient de 10 m de haut, les bulles ne se formeront en bas que quand la température du bas atteindra quelques 120°C, température à laquelle la pression de vapeur de l'eau est de 2 bars.
Oui. Quand on parle de pression de vapeur, il s'agit de situations d'équilibre avec tout le liquide et toute la vapeur à la même température.
Avec le chalumeau l'eau s'évapore à la surface. Il n'y a pas de raison pour quelle forme des bulles. Pour qu'il y ait des bulles, il faut que des cavités (de vapeur) se forment sous la surface.
De même, l'eau sous un gril ne bouillira pas. Elle s'évaporera gentiment sans "violence"
Au revoir.

[invite17fdf54e]

Ok merci, c'est bien ce qu'il me semblait pour la définition de l'ébulition... Mais c'est bizarre, je ne l'ai jamais vu précisé nul part, ni entendu au cours de mes études...

Mais alors quel est le rapport avec la pression de vapeur saturante??
Je cite wikipedia: "À la température d'ébullition d'un liquide, sa pression de vapeur saturante est égale à la pression totale au-dessus du liquide (pression atmosphérique pour un système ouvert)."

Je comprends pas trop la notion de pression de vapeur en fait... Peut-on définir la pression de vapeur au fond de la casserole?

Sinon, je veux bien admettre pour le grill et le chalumeau... Mais là aussi... Jamais entendu parler de ce phénomène!
Par contre on va arriver à faire bouillir de l'eau dans un four où règne une température homogène..? J'imagine que l'ébullition va démarrer sur les parois, au fond...etc. De la même façon, on fait bouillir de l'eau sous une cloche à vide à 40°C et on n'a pas besoin de chauffer dessous... Du coup dans ces cas-là, l'ébullition devrait démarrer dans la partie supérieure du récipient (moins de pression hydrostatique)..?

Mais il faut que je creuse cette histoire de pression de vapeur... J'aurais tendance à penser que la pression de vapeur est définie au sein d'un gaz... Du coup j'ai du mal à comprendre comment se forme une bulle au sein d'un liquide (à moins de considérer qu'il y a déjà des microbulles dues aux imperfections de la casserole?)

Merci!

[invite2313209787891133]

Bonjour

En réalité si on s'amuse en chauffer la surface de l'eau avec un chalumeau il ne se produira rien au début, puis celle ci va monter en température, et il y a aura tout de même une ébullition visible quand le volume d'eau complet sera suffisamment chaud ; j'ai déjà tenté l'expérience par curiosité.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
@Dudulle: Vous avez mal fait la manip. Vous chauffiez les parois du récipient métallique. Réfléchissez et vous verrez que ce n'est pas possible que les bulles se forment sous la surface quand vous chauffez la surface.

@toto12345:
C'est vrai qu'on ne mentionne pas ces nuances dans les cours. Mais il suffit de réfléchir. Heureusement, la plupart des élèves (et des enseignants) ne le font pas.

La formation de bulles dans l'ébullition est aussi difficile que dans une boisson gazeuse. La tension superficielle fait que la pression dans une bulle très petite est très grande. C'est pour cela que le phénomène est "violent" quand une bulle se forme finalement, elle grandit "d'un coup". L'ébullition est facilitée par la présence d'imperfections sur les parois du récipient, qui fait que la pression pour la naissance d'une bulle est plus faible. C'est comme pour les bulles des boisons gazeuses.
Au revoir.

[invite2313209787891133]

Non je chauffais bien par le dessus, dans un récipient en forme d'écuelle. J'avais fais cette expérience pour vérifier le fait qu'il n'y a pas de bulles qui se forment (fait dont j'étais également persuadé). Je n'ai pas d'explication à fournir j'ai simplement constaté...

[invite34688568]

Bonjour, est-ce que dans ce genre d'exemple extrême, on ne finira pas obtenir un fluide homogène se comportant de manière intermédiaire entre les liquides et les gaz?

Ce que j'ai l'impression, dans un cas à volume fermé et à alimentation d'énergie continue, c'est que c'est la proportion du mélange qui déterminera l'état final:
Fluide supercritique si il y a beaucoup d'eau
Plasma si il y a beaucoup d'air

Bien entendu, il faut des autoclaves spéciaux pour atteindre de tels extrême, ce n'est pas dans une casserole à pression qu'on y arriverait à priori, elle devrait se fissurer ou exploser bien avant.

[invite6dffde4c]

Bonjour, est-ce que dans ce genre d'exemple extrême, on ne finira pas obtenir un fluide homogène se comportant de manière intermédiaire entre les liquides et les gaz?

...

Bonjour.
Non.
Car même un fluide supercritique se comporte comme un gaz avec la même densité qu'un liquide.
Mais pas avec les mêmes propriétés. Dans sa forme liquide (sous-critique) le fluide présente de la tension superficielle, dans sa forme supercritique il n'a plus de tension superficielle.
C'est cette propriété qui est utilise pour préparer certains échantillons tridimensionnels pour la microscopie électronique. Pour pouvoir les faire passer de la phase dans un liquide à la phase dans un gaz, puis du vide sans qu'ils se fassent aplatir par la tension superficielle.
Au revoir.