Erin- nous aimons toujours les questions de suivi. Ça montre que quelqu’un a vraiment lu une réponse.
Je suis allé sur Google, en cherchant » élévation moléculaire du point d’ébullition « , un nom que j’ai obtenu en regardant dans le CRC Handbook of Chemistry and Physics. Il y a eu un certain nombre d’occurrences, dont :.
Je devrais peut-être expliquer pourquoi il y a une relation simple entre le nombre de molécules ou d’ions dissous par unité de volume et l’élévation du point d’ébullition. Cette explication est peut-être plus technique que ce que vous ou beaucoup d’autres lecteurs souhaitent, mais je ne peux pas résister à l’envie de montrer qu’il y a une logique à ces règles, et pas seulement une série de dictons à retenir. La description ci-dessous est quelque peu générale, mais le solvant pourrait souvent être de l’eau, et le soluté pourrait être du sel ou du sucre.
Un liquide bout lorsqu’il est chauffé à une température pour laquelle l’énergie libre nette ne change pas lorsque certaines molécules quittent le liquide et rejoignent le gaz (à la pression particulière utilisée). Le changement d’énergie libre implique le changement à la fois de l’énergie et de l’entropie (voir ci-dessous) du liquide et du gaz. Il faut beaucoup d’énergie pour extraire une molécule du liquide, mais elle gagne beaucoup d’entropie en ayant beaucoup d’espace pour se déplacer dans le gaz. (L’entropie est définie comme le logarithme naturel du nombre d’états disponibles). L’importance relative de l’entropie et de l’énergie est déterminée par la température. Il y a donc une température particulière (le point d’ébullition) où les deux effets s’équilibrent, et où le liquide et le gaz sont stables.
Pour chaque solvant, ces effets peuvent être assez difficiles à déterminer, mais heureusement, tout ce qui nous intéresse ici est le changement lorsqu’on ajoute un peu de soluté, car c’est ce qui modifie le point d’ébullition. Imaginons ce qui se passe lorsque vous ajoutez un petit soluté, pas assez pour qu’il y ait une grande interaction entre les molécules ou les ions du soluté. Le soluté peut modifier l’entropie et l’énergie du solvant, mais cet effet n’est pas sensible aux changements du nombre de molécules de solvant, car chaque molécule de soluté est de toute façon complètement entourée de solvant. Le changement essentiel est le suivant : lorsqu’une molécule de solvant s’évapore, elle laisse moins de place aux molécules de soluté pour se déplacer. Il y a moins d’états disponibles pour elles. Une autre façon de dire cela est qu’elles ont perdu un peu d’entropie. Si, par exemple, 1 % du solvant s’évapore, chaque molécule de soluté ne dispose plus que de 99 % du nombre d’états disponibles, ce qui représente une perte d’entropie d’environ 0,01, en unités d’entropie naturelle. La perte d’entropie par molécule de soluté ne dépend pas de ses propriétés moléculaires, donc l’effet sur le point d’ébullition non plus !
mike w
Cette simple question de tous les jours contient des éléments de physique intéressants, et j’ai repensé à la réponse plusieurs fois. La question est de savoir si, pour de petites concentrations de solutés non volatils, l’élévation du point d’ébullition (ou, de manière équivalente, la réduction de la pression de vapeur) dépend uniquement de la concentration des molécules de soluté, et non d’aucune de leurs propriétés. Je suis sûr que l’argument est dans les manuels de chimie physique, mais de nos jours, il est facile d’être paresseux et d’essayer d’obtenir toutes les infos sur le Web ou par la pensée.
Au début, j’ai écrit oui, puis j’ai modifié la réponse pour dire en quelque sorte. Après réflexion, la réponse est oui pour tout soluté non ionique. Je posterai une mise à jour quand je serai plus sûr des solutés ioniques.
En tout cas, voici l’argument pour les solutés non ioniques. Ceux-ci n’ont pas d’interactions à longue portée entre eux ou avec le solvant. Vous pouvez donc décomposer l’énergie libre en quatre parties :
1. provenant des régions de solvant pur.
2. provenant des petites boules de solvant contenant chacune une molécule de soluté
3. provenant des interactions soluté-soluté.
4. la partie provenant de l’entropie de l’endroit où se trouvent les molécules de soluté
Le terme 4 est celui qui donne l’effet dont nous avons parlé plus haut.
Le terme 3 est négligeable pour les solutions diluées.
Le terme 2 ne change pas quand une molécule de solvant s’évapore, parce que le nombre de molécules de soluté ne change pas.
Le terme 1 est le même que pour le solvant pur.
Donc le changement d’énergie libre quand une molécule de solvant part pour aller vers la vapeur (ou le solide) est le même que pour le solvant pur plus le terme que nous avons calculé qui ne dépend que du solvant et de la densité des molécules de soluté.
C’est le genre d’argument qui doit sembler ennuyeux à la plupart des gens, mais certains d’entre nous ont un grand frisson quand un résultat exact et rigoureux comme celui-là surgit du brouillard de complications qui sont importantes pour la plupart des problèmes.
Comme je l’ai dit, les choses deviennent un peu plus compliquées s’il y a des interactions électrostatiques à longue portée, donc une mise à jour suivra.
mike w, encore
p.s. Un calcul préliminaire de ce qui se passe avec les sels (ions) indiquent qu’ils ont seulement le même effet sur le point d’ébullition que les autres solutés lorsque leur concentration est significativement inférieure à la concentration ionique de fond dans le solvant. Dans l’eau, cette concentration est de 10-7 M pour H+ et OH-. Ainsi, pour les sortes de concentration de sel qui ont un effet majeur, les interactions électrostatiques rendent l’effet par ion différent du résultat par molécule pour les solutés non ioniques.
(publié le 22/10/2007)