Ebullition

[BeGust]

Bonjour cher.e.s passionné.e.s ,


Lorsqu'une casserole contient de l'eau à bouillir.
Nous savons qu'il y a de l'air dans l'eau (qui ne se voit pas).
La chaleur rend cet air visible et le libère.

Mais ça ne finit pas de me convaincre : les bulles ne finissent pas
de se créer au fond de la casserole pourtant l'eau n'est pas
alimentée en air...

Alors la vapeur d'eau oui, donc les bulles sont seulement de l'eau
moins dense.

Ma deuxième question : qu'y a-t-il entre les molécules d'eau
dans ce gaz pour qu'on les apparente à de l'air, du vide ?..

Merci, bonne soirée
-----

[Sethy]

En fait, l'air dissout (+CO2) est chassé de l'eau vers 70°C. C'est d'ailleurs pour cela que parfois on est mis en erreur en pensant que l'eau bout déjà mais en fait non, il faut encore attendre un moment pour la vraie ébullition.

L'ébullltion c'est le passage de l'état liquide à l'état gazeux. A 100°C, à la pression atmosphérique standard (101325 Pascal), l'eau devient un gaz. Donc les bulles sont uniquement constituées de vapeur d'eau.

En fait tu dois voir les états de la manière suivante : à l'état solide, les molécules vibrent mais sont figées ; à l'état liquide, les molécules commençent à rouler sur elle-même mais tout en ayant une force de cohésion telle qu'elles ne peuvent pas s'échapper les unes des autres (en fait si, mais lentement, cela s'appelle l'évaporation) ; à l'état gazeux, l'agitation est telle qu'elle dépasse les forces de cohésion et peuvent se séparer.

[Kondelec]

Bonjour

Juste une petite précision, parce qu'il est préférable d'employer les mots juste : Le passage de l'état liquide à vapeur est la vaporisation. L'ébullition désigne le phénomène physique (la formation de bulles) qui peut l'accompagner, mais ce n'est pas non plus forcément le cas (on peut avoir vaporisation sans ébullition)

[Deedee81]

Salut,

Compléments :

La libération de l'air dissous est souvent discrète mais lorsque on n'est plus très loin de l'ébullition on l'entend parfois. Mais il y a relativement peu d'air dedans bien entendu (sauf si c'est du CO2 et qu'on fait bouillir de l'eau gazeuse Mais là gaffe, c'est même si fort que ça mousse et ça peut déborder).

EDIT ce qui s'échappe est de la vapeur d'eau, du gaz (voir les explications plus haut des autres) mais dans l'air ambiant elle se condense en très fines gouttelettes (donc visible) puis s'évaporent dans l'air qui n'est pas saturé d'humidité et redevient gazeux et invisible

Ma deuxième question : qu'y a-t-il entre les molécules d'eau
dans ce gaz pour qu'on les apparente à de l'air, du vide ?..

Dans un solide ou un liquide, on peut dire qu'il n'y a pas de vide entre les molécules car ces molécules sont en contact, serrées les unes contre les autres (et les électrons des atomes subissant le fameux "flou quantique", appelons-le comme ça, ils remplissent les "vides").

Par contre dans un gaz (*) c'est différent.
(*) Attention, la vapeur qu'on voit s'échapper d'une bouloir : ce n'est pas un gaz, c'est des gouttelettes (comme le brouillard), l'eau sous forme de gaz est invisible à l'oeil nu.

Les molécules dans un gaz sont relativement espacées. Et entre-elles d'autres molécules peuvent se glisser très facilement (des molécules d'air par exemple).
Et entre ces différents molécules : du vide. Mais à pression et température ambiante on peut pas dire que ce vide soit très important car les molécules bougent vite et n'arrêtent pas de se heurter.
Par exemple pour l'air ambiant si je ne me trompe pas, une molécule parcourt un moyenne un dixième de millionième de mètre avant d'en heurter une autre. C'est "très encombré".
Même le "vide" qu'on peut créer avec une petite pompe à vide du commerce est loin d'être si vide que ça (collisions tous les millième de millimètre !)

Par contre dans l'espace (ou dans l'ultravide de laboratoire) les atomes ou molécules sont très espacés et une molécule peut faire des milliers de km avant d'en heurter une autre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sethy]

Pour le CO2, il ne faut pas oublier la présence d'hydrogénocarbonates (solubles) qui justement relarguent leur CO2 à partir de 70°C :

2HCO3- => CO3-- + H2O + CO2

Et les carbonates précipitent sous forment de CaCO3.

[Deedee81]

Avec l'eau de ville c'est en effet important et chez moi c'est parfois un soucis (tarte dans un peu tout ce qui "chauffe", eau très dure).
Et le dégagement qu'on entend dont je parlais c'est peut-être du C02 pas de l'air dissous.

Merci Sethy, ça m'a peut-être permis de rectifier une erreur car je dois avouer qu'il est difficile (sans analyse) de distinguer ce qui se dégage !!!!

[BeGust]

" les bulles

[BeGust]

Salut,

Compléments :

La libération de l'air dissous est souvent discrète mais lorsque on n'est plus très loin de l'ébullition on l'entend parfois. Mais il y a relativement peu d'air dedans bien entendu (sauf si c'est du CO2 et qu'on fait bouillir de l'eau gazeuse Mais là gaffe, c'est même si fort que ça mousse et ça peut déborder).

EDIT ce qui s'échappe est de la vapeur d'eau, du gaz (voir les explications plus haut des autres) mais dans l'air ambiant elle se condense en très fines gouttelettes (donc visible) puis s'évaporent dans l'air qui n'est pas saturé d'humidité et redevient gazeux et invisible



Dans un solide ou un liquide, on peut dire qu'il n'y a pas de vide entre les molécules car ces molécules sont en contact, serrées les unes contre les autres (et les électrons des atomes subissant le fameux "flou quantique", appelons-le comme ça, ils remplissent les "vides").

Par contre dans un gaz (*) c'est différent.
(*) Attention, la vapeur qu'on voit s'échapper d'une bouloir : ce n'est pas un gaz, c'est des gouttelettes (comme le brouillard), l'eau sous forme de gaz est invisible à l'oeil nu.

Les molécules dans un gaz sont relativement espacées. Et entre-elles d'autres molécules peuvent se glisser très facilement (des molécules d'air par exemple).
Et entre ces différents molécules : du vide. Mais à pression et température ambiante on peut pas dire que ce vide soit très important car les molécules bougent vite et n'arrêtent pas de se heurter.
Par exemple pour l'air ambiant si je ne me trompe pas, une molécule parcourt un moyenne un dixième de millionième de mètre avant d'en heurter une autre. C'est "très encombré".
Même le "vide" qu'on peut créer avec une petite pompe à vide du commerce est loin d'être si vide que ça (collisions tous les millième de millimètre !)

Par contre dans l'espace (ou dans l'ultravide de laboratoire) les atomes ou molécules sont très espacés et une molécule peut faire des milliers de km avant d'en heurter une autre.

Merci

L'agitation augmente avec, toute chose egale par ailleurs, la pression.
Et donc les molécules augmentant en vitesse alors :

1 elles "occupent" plus de place ;
2 mais passent par les points (virtuels, une grille imaginaire de mesure) de l'espace (vide) plus vite

[Kondelec]

Avec l'eau de ville c'est en effet important et chez moi c'est parfois un soucis (tarte dans un peu tout ce qui "chauffe", eau très dure).
Et le dégagement qu'on entend dont je parlais c'est peut-être du C02 pas de l'air dissous.

Le gaz en solution dépend de la provenance de l'eau. Si il s'agit d'une eau souterraine on trouvera essentiellement du CO2, si il s'agit d'une eau de surface on trouvera du N2 et O2 en concentration proche, et un peu moins de CO2.

[Deedee81]

Salut,

Excuse-moi BeGust mais....

2 mais passent par les points (virtuels, une grille imaginaire de mesure) de l'espace (vide) plus vite

Ca, ça ne veut pas dire grand chose.

[BeGust]

Tu prends un volume orthonormé (x,y,z)
Les molécules "traversent" ou passent par un point (imaginaire)
plus vite (agitation), elles y restent moins longtemps pour un gaz que
pour un liquide.

[Deedee81]

Salut,

Tu prends un volume orthonormé (x,y,z)
Les molécules "traversent" ou passent par un point (imaginaire)
plus vite (agitation), elles y restent moins longtemps pour un gaz que
pour un liquide.

Pas nécessairement. Dans un gaz très froid (forcément à très basse pression (*)) les molécules peuvent être plus lente que celle d'un liquide à température ambiante.

Et le point n'a rien d'imaginaire, un poit c'est juste un point c'est tout.

EDIT (*) ou alors un gaz rare comme l'hélium, qui ne se liquéfie pas facilement. Mais pour de l'eau il faut une faible pression. Suffit de regarder le diagramme d'état :
https://www.kartable.fr/ressources/e...u/58196/145898
on voit facilement qu'on peut avoir de la vapeur a plus faible température que de l'eau liquide. Et la vitesse (donc le "temps de passage" en un point) est directement lié à la température (la température étant proportionnelle à l'énergie cinétique des molécules)

[Deedee81]

Salut,

Encore un petit complément plus quantitatif.

Si la particule a une vitesse V, le temps de passage en un point sera bien sûr 1/V (fois les dimensions de la molécule).

La relation avec la température est E = nkT, où T est la température absolue, k la constante de Boltzmann et n le nombre de degrés de liberté et E l'énergie moyenne.
Pour les translations dans l'espace, n est égal à 3 (les 3 directions de l'espace). Et E = <1/2 mV²> la moyenne de l'énergie cinétique.
La distribution des vitesses est aléatoire et suit typiquement une gaussienne (https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de...ribution_1.png ) correspondant à la statistique de Maxwell-Boltzmann. Du moins si on approche pas trop du zéro absolu (ce qui n'est pas vraiment le cas dans cette discussion) et où il faut employer les statistiques quantiques (Bose-Einstein ou Fermi-Dirac, fort différentes).

D'où mes remarques ci-dessus sur la température du gaz et du liquide (et le diagramme d'état).

Ca se complique un peu s'il y a des rotations des molécules (et pour l'eau il y en a, n est un peu plus grand). Mais ça ne change pas qualitativement les explications.
Et il y a aussi les vibrations mais généralement c'est à température assez élevée. Dans dans les solides où les vibrations sont le mode dominant (voire le seul, les rotations étant souvent bloquées) mais ici aussi on est loin des solides avec la bouilloire

Ceci complète l'explication : non le temps de passage n'est pas nécessairement plus rapide pour un gaz. Cela dépend de la température et cela peut-être très variable pour les liquides comme les gaz.
Et même à basse température, donc des molécules lentes, un gaz va avoir à occuper plus de place qu'un liquide simplement parce que les molécules ne sont pas liées entre-elles. Les molécules sont liées dans un liquide même si ces liaisons se font et se défont constamment (ce sont des liaisons faibles, par exemple pour l'eau des liaisons hydrogènes, dans d'autres fluides ça peut être des liaisons de van de Waals., dans un solide les liaisons sont plus fortes : ioniques ou covalentes bien qu'il puisse exister des solides avec des liaisons faibles mais à très basse température. Le summum étant l'hélium qui n'est jamais solide à pression ambiante, il faut une pression 25 fois plus forte). La structure des matériaux est d'une richesse phénoménale et leur étude un métier à part entière (et même plusieurs, il y a des spécialisations comme la métallurgie par exemple, quad on pense que rien que pour les cristaux il y a 14 types de réseaux, 32 groupes cristallins, 230 groupes d'espace sans compter les quasicristaux (*), les macles, etc...) mais les grands principes de base ne sont pas si compliqués.

(*) ah tiens, on a découvert ici tout récemment un quasicristal macroscopique (jusqu'ici dans les cristaux naturels les structures "pseudo-périodiques" étaient microscopiques)
https://www.pourlascience.fr/sd/phys...ique-26054.php
Bon là on est hors sujet, mais je trouve ça sympa