Point d’ébullition

 

Le point d’ébullition est un concept clé qui relie la température et la pression d’un liquide. C’est une valeur qui fait référence au niveau de température auquel la pression de vapeur d’un liquide est égale à la pression environnante de ce liquide. Ensuite, nous expliquerons plus en détail ce concept important dans tous les types de systèmes, y compris la réfrigération. 

Qu’est-ce que le point d’ébullition ?

Comme anticipé, le point d’ébullition est un point de température des liquides. Il fait spécifiquement référence au niveau de température qu’un liquide doit atteindre pour passer de l’état liquide à l’état gazeux. Le point d’ébullition peut également être défini comme l’opposé du point de condensation. En effet, le point de condensation serait cette température à laquelle un gaz passe à l’état liquide. 

Il convient de noter que le point d’ébullition est lié à d’autres concepts, tels que le concept de pression atmosphérique. Pour illustrer cela, on peut penser au niveau de la mer, où la pression atmosphérique serait le niveau de référence à 1 atm. Ce niveau équivaut également à 760 mmHg, une valeur de référence pour la pression du mercure et sert traditionnellement de référence pour la température. Ce concept signifie que, dans les valeurs de la pression propre des zones marines, la température d’ébullition sera de 100 °C, ce qui est dû au fait que la pression de vapeur dans cet emplacement est de 1 atm. On peut ajouter que la température d’une substance est, en fait, une mesure de l’énergie cinétique. L’énergie cinétique fait référence au mouvement des molécules à l’intérieur d’un corps. 

Lorsque les températures sont inférieures au point d’ébullition, seule une fraction des molécules en surface possède suffisamment d’énergie pour fractionner leurs liaisons et s’évaporer. Les autres molécules (celles qui composent le corps central du fluide) ne le peuvent pas. Ainsi, au moment où la plupart des molécules atteignent le niveau d’énergie cinétique propre au point d’ébullition, elles peuvent se libérer du reste de l’ensemble (pas seulement celles en surface) et ainsi commencer à s’évaporer. 

En résumé, on peut dire que le point d’ébullition dépend de la masse moléculaire d’une substance et, en même temps, du type de forces intermoléculaires qu’elle contient. Au-delà, il est nécessaire que des mouvements ou des imperfections apparaissent pour permettre la formation de bulles dans tout le volume du liquide. Pendant le processus d’atteinte du point d’ébullition, la température reste constante tout au long du processus. En effet, peu importe si l’on injecte plus d’énergie, la température restera constante. La seule chose qui sera obtenue en fournissant plus d’énergie est d’augmenter le nombre de molécules qui s’échappent d’un liquide, 

ce qui ne signifie pas qu’un liquide ne peut pas être chauffé au-delà de la température du point d’ébullition ; cela peut être fait et sera alors appelé liquide surchauffé. Ce type de liquide peut être dangereux, car tout changement entraîne une ébullition explosive. 

Facteurs influençant le point d’ébullition

Le point d’ébullition dépend de plusieurs facteurs. Le premier est la masse moléculaire de la substance, et le second est le type de forces intermoléculaires de la substance. Pour le déterminer, il faut savoir si la substance elle-même est covalente polaire ou non polaire. En outre, il faut connaître le type de liaisons présentes. Dans tout type de liquide, le point d’ébullition est une valeur atteinte lorsque la pression de vapeur d’eau est égale à la pression atmosphérique. 

Autrement dit, le facteur qui influence le plus le point d’ébullition d’un liquide est la pression qui l’entoure. Dans les systèmes ouverts, la pression est généralement celle de l’atmosphère elle-même. Comme mentionné, la température standard est de 100 degrés au niveau de la mer. Maintenant, à mesure que l’altitude augmente, la pression diminue (car il y a moins de molécules présentes et l’air a une densité plus faible). Cela provoque une diminution du point d’ébullition, de sorte qu’il est plus “simple” ou nécessite moins d’énergie pour atteindre ce point. 

Par exemple, dans le cas de certains des plus hauts sommets du monde, le point d’ébullition est de 72°C. Dans le cas de liquides autres que l’eau, le point d’ébullition est calculé en tenant compte d’autres facteurs. Le plus important d’entre eux – comme mentionné ci-dessus – est celui des liaisons moléculaires. 

Un exemple de ceci est l’alcool éthylique, qui bout à 78,5°C. Cette valeur correspond à celle mesurée au niveau de la mer. D’autres liquides comme l’éther ont des points d’ébullition même inférieurs à 0°C. Ainsi, de nombreuses substances ont une forme gazeuse si elles sont simplement à température ambiante. De plus, le point d’ébullition d’une substance peut également être modifié en utilisant un soluté. C’est-à-dire, en ajoutant une substance ; par exemple, du sel, qui augmente la température du point d’ébullition. 

Applications du point d’ébullition

Les applications du point d’ébullition sont nombreuses au quotidien. Par exemple, le concept de point d’ébullition est celui qui sous-tend certains processus tels que la cuisson des aliments. En fait, ce qui a été mentionné concernant la pression atmosphérique et le point d’ébullition est la base du fonctionnement d’un autocuiseur. Dans un de ces récipients, une atmosphère étanche est créée, ce qui réduit considérablement le point d’ébullition de ce liquide. Ajouter un soluté comme le sel augmente le point d’ébullition sans augmenter la pression dans ce processus. 

Déterminer le point d’ébullition d’une substance est également essentiel dans certains processus liés au conditionnement d’air et au refroidissement des espaces, car leurs conduits transportent des gaz et des liquides qui nécessitent une température de référence pour éviter de changer d’état. La nécessité d’identifier un produit peut être ajoutée en tant qu’application du point d’ébullition. Comme mentionné, chaque substance a un point d’ébullition fixe en fonction de certaines circonstances environnementales. Par conséquent, il est possible d’identifier quelle substance est manipulée en découvrant quel est son point de fusion. Cette procédure peut donc être utilisée pour connaître l’identité et la nature d’un composé ou d’une substance. 

Ces applications sont essentielles lors de travaux impliquant la sécurité des matériaux ainsi que lors de l’élaboration de fiches techniques de produits et de processus. Afin de connaître ces valeurs, des expériences de point d’ébullition sont généralement effectuées, qui sont réalisées à des intervalles de température. Ces intervalles sont généralement larges et peuvent atteindre jusqu’à une température de 350 °C, ce qui permet de travailler avec diverses substances. Naturellement, grâce à ces processus, il est également possible de savoir quel est le comportement d’une substance dans certaines circonstances de son environnement. Dans ces expériences, d’autres valeurs liées au point d’ébullition peuvent varier ; par exemple, la pression à laquelle la substance est soumise ou le soluté qui lui est appliqué. Cela est particulièrement utile pour les substances qui doivent fonctionner dans des environnements à forte salinité ou dans des conditions de pression anormales qui ne correspondent pas à celles de la pression naturelle dans l’atmosphère. De telles expériences doivent toujours être réalisées dans des conditions contrôlées.