Tout le monde a fait l'expérience d'avoir affaire à quelque chose de figé. Peut-être avez-vous même été témoin de la formation lente de glace à la surface de l'eau lorsque la température est suffisamment froide ou de la glace remplacée par de l'eau lorsque la température est suffisamment chaude.
Différents liquides – eau, alcool à friction, huile de cuisson, etc. – expérience changements de phase à différentes températures. C'est-à-dire que l'eau se déplace entre le solide (congelé) et le liquide à une température, l'alcool à friction à une autre et de même pour les autres liquides.
Un solide devenant liquide s'appelle fusion; un liquide devenant solide est appelé solidification ou gelé. Calculer les points de congélation et de fusion de substances mélangées est complexe, et vous pouvez même être en mesure de testez-les vous-même, tandis que vous pouvez rechercher les points de congélation des substances courantes en ligne les tables.
Qu'est-ce que la congélation et la fonte ?
Avant d'explorer le phénomène du gel en particulier, il est utile de revoir ce que l'on entend par phases et changements de phase.
La plupart des substances peuvent exister sous forme solide, liquide ou gazeuse si la température (et parfois la pression) est suffisamment modifiée. L'eau est une substance rare dans la mesure où elle peut exister à la fois sous forme solide et liquide à des températures relativement confortables pour l'homme, tout en atteignant l'état gazeux à une température qui, bien que dangereuse, n'est pas particulièrement extrême pour l'homme (100 °C ou 212 °F).
Comme déjà noté, la fusion est un changement de solide à liquide et la congélation (ou solidification) est l'inverse. Un liquide qui se transforme en gaz s'appelle ébullition, que tout le monde a vu. Le processus inverse est connu sous le nom de condensation. Rarement, un solide peut "sauter" la phase liquide et devenir un gaz (sublimation), ou l'inverse peut se produire (déposition).
Qu'est-ce qui affecte les points de congélation et de fusion ?
Si vous mélangez de la peinture bleue et jaune en quantités égales, vous obtenez un résultat qui semble vert. Si vous utilisez principalement du bleu ou du jaune, la couleur résultante est "inclinée" vers la couleur que vous avez utilisée le plus et dans une mesure qui s'adapte au déséquilibre des ingrédients.
Les points de congélation de mélanges de différents liquides, ou de liquides contenant des solides dissous, changent en fonction des propriétés des constituants d'une manière tout aussi prévisible. L'eau a un point de congélation relativement élevé pour un liquide parce que ses liaisons hydrogène se "verrouillent" plus facilement que celles de, disons, l'alcool éthylique (CH2CH3OH), qui a un point de congélation de –114 °C ou –174 °F.
Lorsqu'une substance est dissoute dans un liquide, le solide qui se dissout est appelé soluté et le liquide est appelé solvant. Le mélange soluté-liquide obtenu est appelé un solution. Chaque fois que le soluté est ajouté à un solvant, le point de congélation du solvant diminue.
Point de congélation de la solution de NaCl
Lorsque le sel de table (chlorure de sodium) est dissous dans l'eau, il abaisse le point de congélation de l'eau. Cela explique pourquoi vous voyez des camions s'affairer à saler les routes dans les climats froids après une pluie hivernale: cela abaisse la température à laquelle l'eau forme de la glace sur la route.
En outre, l'abaissement du point de congélation d'un solvant en ajoutant un soluté est appelé un propriété colligative, ce qui signifie que le nombre de molécules dans lesquelles le soluté se décompose, et non sa composition chimique, détermine l'étendue de la dépression du point de congélation. NaCl se brise en deux atomes, les ions (atomes chargés) Na+ et Cl-. L'ajout d'une substance qui produit trois « morceaux » par molécule de soluté abaisserait le point de congélation d'une quantité encore plus importante que le NaCl.
Calculateur de point de congélation
Vous pouvez rechercher les points de congélation d'une multitude de liquides courants en degrés Celsius, Fahrenheit et Kelvin à l'aide d'une calculatrice en ligne. Essayez de concilier ce que vous savez de la structure chimique des plus simples avec leurs points de congélation pour voir si vous pouvez repérer des motifs.