La ébullition est le changement d'état ou de phase d'un liquide à l'état gazeux. Il se produit lorsqu'un liquide est chauffé à son point d'ébullition: la température à laquelle la pression de vapeur du liquide est égale à la pression atmosphérique qui s'exerce à la surface du liquide..
En général, lors de l'ébullition, la chaleur est fournie dans la partie inférieure du récipient qui contient le liquide. Il commence la formation de bulles qui augmentent de volume à mesure qu'elles montent vers la surface du liquide, car la pression sur elles diminue à mesure qu'elles montent..
Lorsque le liquide chauffé est de l'eau, les bulles contiennent de la vapeur d'eau; c'est-à-dire qu'ils contiennent déjà de l'eau à l'état gazeux. De plus, les bulles sont réparties dans tout le volume du liquide. La température d'ébullition de l'eau est d'environ 100 ºC, à une pression de 1 atm (760 mmHg).
Pour produire le changement d'état de la phase liquide à la phase gazeuse, il est nécessaire de fournir de l'énergie (enthalpie de vaporisation). Pendant l'ébullition, la température de l'eau reste constante à 100 ºC, car l'énergie thermique est perdue lorsque les molécules d'eau liquide sortent sous forme de vapeur d'eau..
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Il existe deux principaux types d'ébullition: le flux thermique nucléé et critique..
Dans l'ébullition nucléée, des bulles de petit volume se forment à différents endroits dans le volume du liquide..
Pendant ce temps, dans le flux de chaleur critique, l'ébullition se produit lorsque la surface à laquelle la chaleur est fournie pour provoquer l'ébullition se réchauffe au-dessus d'une valeur de température critique, formant une couche de vapeur sur la surface..
Une augmentation de la pression atmosphérique se traduit par une élévation du point d'ébullition, car il est nécessaire d'augmenter la pression de vapeur d'eau pour égaliser la pression atmosphérique. Pour y parvenir, la température de l'eau doit être augmentée, ce qui nécessite une dépense calorique plus élevée..
Au contraire, lorsque la pression atmosphérique diminue, comme cela se produit dans une montagne de haute altitude au-dessus du niveau de la mer, le point d'ébullition diminue, car une pression de vapeur inférieure est nécessaire, égale à la pression atmosphérique..
Les molécules en solution ont plusieurs types d'interactions, notamment: les forces de dispersion ou de Londres, les forces dipôle-dipôle et les ponts hydrogène. Plus l'amplitude de ces forces est grande, plus le point d'ébullition est élevé..
L'énergie thermique est nécessaire pour rompre l'interaction entre les molécules afin qu'elles puissent avoir suffisamment d'énergie pour bouillir. Par exemple: l'éther méthylique (CdeuxH6O) a un point d'ébullition de 25 ºC, tandis que l'éther éthylique (C4HdixO) a un point d'ébullition de 78,5 ºC.
La différence entre les points d'ébullition, bien qu'ayant des structures chimiques similaires, s'explique par le fait que l'éther éthylique a une masse moléculaire plus élevée; les deux forment des liaisons hydrogène, mais les forces de dispersion dans le C4HdixOu sont-ils plus forts qu'en CdeuxH6OU ALORS.
L'ébullition prend naissance dans le liquide près de la source de chaleur, puis se propage dans tout le volume du liquide. On observe dans cette illustration:
Pendant ce temps, l'évaporation est un phénomène de la surface du liquide.
L'évaporation se produit lorsqu'une molécule du liquide à l'interface air-liquide a suffisamment d'énergie pour surmonter la tension superficielle exercée sur elle; il s'échappe donc du sinus du liquide et passe en phase gazeuse.
L'évaporation peut se produire à n'importe quelle température, mais la possibilité de son apparition augmente avec la température. L'image suivante montre de l'eau qui s'évapore du sol:
Elle est réalisée dans un équipement appelé autoclave, qui a la capacité de générer des pressions élevées exercées par la vapeur d'eau, qui est incapable de s'échapper. De même, il y a une augmentation du point d'ébullition de l'eau, ce qui lui permet d'atteindre des températures supérieures à 100 ºC..
Le matériel de culture tissulaire, le matériel chirurgical, le matériel à utiliser dans les laboratoires, les milieux de culture, etc. sont stérilisés dans l'autoclave. Les conditions de stérilisation en autoclave sont: 15 livres de pression, température de 121 ºC et durée de 15 minutes.
Les aliments sont chauffés en les plaçant dans l'eau. Pendant sa cuisson, on utilise des températures égales au point d'ébullition de l'eau (100 ºC). La nourriture est chauffée, pendant le temps que l'expérience indique, pour atteindre les conditions optimales d'ingestion.
La nourriture chinoise utilise un minimum d'ébullition et de cuisson à la vapeur afin de préserver la couleur, la texture et la saveur de la nourriture. Le type de cuisson appelé mijotage utilise des températures inférieures au point d'ébullition. La cuisson des aliments est également utilisée à l'aide de la vapeur..
L'autocuiseur est utilisé pour la cuisson des aliments. Son fonctionnement repose sur sa capacité à limiter l'échappement de la vapeur d'eau produite dans l'atmosphère, ce qui génère une augmentation de la pression interne..
L'augmentation de la pression exercée à la surface du liquide dans le pot, se traduit par une augmentation du point d'ébullition et l'atteinte de températures supérieures à 100 ºC. Cela réduit le temps de cuisson et donc économise sur la consommation de carburant..
L'eau est bouillie sur des surfaces hydrophiles pour refroidir les réacteurs nucléaires et les appareils électroniques de haute puissance, les empêchant ainsi de surchauffer. Pour atteindre le point d'ébullition et faire bouillir, l'eau doit prendre la chaleur de son environnement et cela produit une diminution de la température de ce.
L'augmentation du point d'ébullition de l'eau est une propriété colligative; et donc dépendant de la concentration du soluté dissous. Le sachant, la masse molaire du soluté peut être estimée. Cependant, il existe des méthodes plus précises, telles que: la spectrométrie de masse, qui reste une méthode utile..
Dans le raffinage du sucre de canne pour la production de sucre cristallin, le jus de canne est bouilli et la température qu'il atteint dépend de la concentration du sucre qu'il contient..
L'élévation du point d'ébullition du jus de canne est une mesure de la concentration du sucre dans la solution. C'est une information importante pour réaliser la cristallisation du sucre.
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