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Une question de chimie

Astro_Romain

Par Astro_Romain
dans Science

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Astro_Romain

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Bonjour à toutes et tous,

Voilà, je me pose une question.

Dans un milieu stable thermiquement à exactement 0°C et 1.033 bar (d'un point de vue purement théorique), quel est l'état de l'eau pure ?

Solide et liquide ?

Qu'est-ce qu'il se passe au niveau microscopique ?

Merci de vos illuminations.

Ygogo

Ygogo

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Bonsoir

 

Je ne découvre ton message que ce soir. D'autres l'ont vu avant, personne ne s'est risqué à répondre ;) il faut dire que ce n'est pas du tout évident :b: et que je vais peut-être dire des bêtises...

 

Essayons de répondre par des "expériences de pensée"... à la manière de Galilée quand il parlait du mouvement d'une bille sur un plan.

 

A) Point de vue "macroscopique", ce qu'on peut observer à l'œil nu

 

Supposons que l'on ait de l'eau liquide pure à + 1°C dans un récipient dont la température peut diminuer trèstrèstrès lentement (pour que la température reste pratiquement la même partout), par contrôle extérieur. Lorsqu'on va arriver à 0 °C "par valeur supérieure", l'eau sera encore liquide.

 

Supposons que l'on ait de la glace d'eau pure à - 1°C dans un récipient dont la température peut augmenter trèstrèstrès lentement (idem), par contrôle extérieur. Lorsqu'on va arriver à 0 °C "par valeur inférieure", la glace sera encore solide.

 

Supposons que l'on ait un mélange de glaçons et l'eau liquide pure à 0 °C dans un récipient dont la température initialement proche de 0 °C est maintenue à cette valeur strictement nulle par contrôle extérieur. Le mélange restera mélange, "en équilibre".

 

Bref, l'état du système dépend de son "histoire" antérieure. :)

 

Bon, tout cela étant dit, la réalité ne correspondra jamais parfaitement à l'idéal, il sera bien difficile de maintenir la température absolument uniforme...

 

B ) Point de vue "sub-microscopique", à l'échelle moléculaire

 

Ce qui est observable dépend aussi de l'histoire antérieure. :p

 

Rappel : l'état solide est un état ordonné (les molécules sont disposées selon un réseau régulier, formant des cristaux plus ou moins gros suivant les modalités de leur formation) et l'état liquide est réputé être complètement désordonné.

 

Mais à une température très proche de 0 °C (par valeur inférieure) il commence à y avoir beaucoup de défauts dans les cristaux : le désordre commence à apparaître et à disparaître statistiquement dans des zones qui concernent un nombre restreint de molécules : des nanogouttelettes en quelque sorte (mais irrégulières et transitoires)

 

Et à une température proche de zéro (par valeur supérieure) le liquide n'est pas totalement désordonné, de agglomérations de quelques molécules se font et se défont, statistiquement, en quelque sorte des nanograins irréguliers et transitoires.

 

Peut-être, cher lecteurs, avez-vous l'impression que je me moque de vous ? :?:

 

Que nenni ! :be:

 

Vous savez probablement que l'eau pure que l'on refroidit se contracte un peu, jusqu'à un volume minimal à 4 °C environ, puis se dilate trèstrèstrès légèrement entre 4 ° et 0 ° C. Vous savez aussi que la solidification de l'eau s'accompagne d'une nette dilatation.

 

Eh bien la trèstrèstrès légère dilatation entre 4 et 0 est le signe "visible" (en regardant bien, quand même...) que des amas de molécules ayant une structure comparable à celle de la glace sont formées, et nagent dans le liquide.

 

Comme disait Molière "et c'est pour ça que votre fille et muette" :D

 

Bon, maintenant que j'ai raconté tout ça "de mémoire", il va quand même falloir que je vérifie et que je donne des références... A suivre !

Modifié par Ygogo
Ygogo

Ygogo

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Comment ça, je suis bavard ? :?:

 

En fait, c'est surtout que j'avais besoin de me changer les idées en parlant d'autre chose que d'astro :be:

jgricourt

jgricourt

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Bon je ne suis pas prof de physique mais j'ai quelques vagues souvenirs de cours de thermodynamique pour dire que tout ceci à avoir avec le diagramme d'état de l'eau (P,T,V) et du fameux point triple. Le calcul d'enthalpie permet de déterminer les changements d'état physique et donc peut être de répondre à la question initiale. :)

 

2.10.jpg

Astro_Romain

Astro_Romain

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Bonsoir,

 

Tout d'abord, merci de tes réponses, j'ai tout compris de suite (c'est pas toujours le cas, j'ai mis un an pour comprendre les dérivées pour finalement les comprendre en lisant mon livre de 1ere, il y a quelques semaines :p).

Bon, tout cela étant dit, la réalité ne correspondra jamais parfaitement à l'idéal, il sera bien difficile de maintenir la température absolument uniforme...

J'en suis bien conscient et c'est bien pour ça que j'ai dit :

d'un point de vue purement théorique

 

Et merci pour tes liens, je vais les dévorer de suite :D.

Edit :

sur le deuxième lien de Ygogo, on voit bien que la température n'est pas uniforme

Astro_Romain

Astro_Romain

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Merci à toi jgricourt, ce diagramme est très intéressant mais il ne répond pas à ma question...

Reformulée, ça pourrait être :

'Qu'est-ce qu'il se passe sur le trait rouge ?'

Mais merci quand même de l'avoir partagé, c'est une mine d'informations :be:

ursus

ursus

Posté
Posté
Merci à toi jgricourt, ce diagramme est très intéressant mais il ne répond pas à ma question...

Reformulée, ça pourrait être :

'Qu'est-ce qu'il se passe sur le trait rouge ?'

Mais merci quand même de l'avoir partagé, c'est une mine d'informations :be:

 

sur le trait rouge? Tu as de l'eau liquide en "équilibre" avec de l'eau solide. C'est ce que représente le trait rouge. Le pourcentage d'eau sous forme liquide dépends de ... l'énergie de l'ensemble eau liquide + eau solide.:be:.

Bref, à 0° et 1,033 bar,tu peux juste dire que tu as de l'eau liquide et de l'eau solide en même temps. Il manque une information pour savoir la quantité de l'un ou l'autre.

ursus

ursus

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Merci Astro-Romain, je suis content d'avoir encore "quelques restes" de mon ancien métier !

 

C'est comme le vélo... non?

Astro_Romain

Astro_Romain

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sur le trait rouge? Tu as de l'eau liquide en "équilibre" avec de l'eau solide. C'est ce que représente le trait rouge. Le pourcentage d'eau sous forme liquide dépends de ... l'énergie de l'ensemble eau liquide + eau solide.:be:.

Bref, à 0° et 1,033 bar,tu peux juste dire que tu as de l'eau liquide et de l'eau solide en même temps. Il manque une information pour savoir la quantité de l'un ou l'autre.

 

Question 1) : Quelle est la formule pur calculer la proportion d'eau liquide si on a la valeur de l'energie ?

 

Question 2) : Au point triple, on a les trois états en même temps ?

 

Encore merci de vos réponses claires :be:

ursus

ursus

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Posté (modifié)
Question 1) : Quelle est la formule pur calculer la proportion d'eau liquide si on a la valeur de l'energie ?

 

Question 2) : Au point triple, on a les trois états en même temps ?

 

Encore merci de vos réponses claires :be:

 

1) il te faut connaitre l'enthalpie du systeme, l'enthalpie de l'eau liquide et celle de l'eau solide. Après c'est une simple règle de 3: H total= fraction eau liquide*enthalpie eau liquide+ (1-fraction eau solide)*enthalpie eau solide. Bon on vois cela après le bac sous cette formulation.

 

Tu peux aussi le calculer avec les capacités calorifiques et les chaleur de fusion de la glace si tu as un point de départ. Par exemple, si tu as 11.95g d'eau liquide à 20°C et 10 g de glace à 0°C. Si tu les mélanges, tu obtiendras un mélange d'eau liquide et de glace à 0°C.

La capacité calorifique de l'eau est 4.18 J/g/K (energie nécessaire pour chauffer 1g de eau liquide et augmenter sa température de 1 K). La chaleur de fusion de la glace est de 333.5 j/g (energie nécessaire pour faire fondre 1 g de glace). L'eau liquide en se refroidissant de 20°C à 0°C libère 4.18*11.95*20=1000 j ce qui permet de faire fondre une masse de glace egale à 1000/333.5 = 3 g. Tu obtiens un mélange composé de 14.95 g d'eau liquide et de 7 g de glace, le tout à 0°C

 

2) oui exactement

Modifié par ursus
Astro_Romain

Astro_Romain

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Posté (modifié)

Merci :be:

R V : heuresement que l'on parle de l'eau pure, on ne va pas ajouter je sais pas moi, du NaCl ou du NaHO, ou encore du C6H12O6 , c'est assez complexe comme ça ;)

Modifié par Astro_Romain
  • 1 mois plus tard...
Astro_Romain

Astro_Romain

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  • Auteur
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Bonjour, je reviens à la charge :be:

 

Est-ce que si on fait passer un courant électrique dans de l'eau en surfusion,

le courant réorganise les molécules (puisqu'elles sont polaires) et fait ainsi geler l'eau ?

 

Merci de vos réponses.

Ygogo

Ygogo

Posté
Posté

Bonjour

 

Là, je dois dire que je n'ai jamais essayé ! :b:

 

Mais de toute façon

 

- l'eau pure (vraiment pure) ne conduit pratiquement pas le courant électrique

 

- ce qui peut orienter les molécules polaires, ce n'est pas le courant, c'est le champ électrique (donc l'existence d'une tension électrique, éventuellement entre des électrodes qui pourraient être isolées par rapport au liquide)

 

- à moins d'avoir un champ électrique absolument colossal, (probablement irréalisable, mais je n'ai pas fait le calcul) l'effet d'orientation resterait négligeable par rapport à la "désorientation" par l'agitation thermique

 

- et d'un point de vue énergétique (voir les explications de Ursus) l'eau en surfusion ne peut geler que partiellement, il reste encore de l'énergie à "retirer" au système pour obtenir la solidification totale.

 

Y a-t-il un volontaire pour faire des expériences ? :p

fredpicardie

fredpicardie

Posté
Posté

Par exemple, si tu as 11.95g d'eau liquide à 20°C et 10 g de glace à 0°C. Si tu les mélanges, tu obtiendras un mélange d'eau liquide et de glace à 0°C....

tout cela me dépasse mais ca ouvre des perspectives...

Et si on ajoute une lichette de ricard juste pour voir ...:wub:

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