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Comment montrer que la température d'ébullition de l'eau dépend de la pression

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Objectif : Un alpiniste met beaucoup plus de temps à cuire des pâtes en haut du Mont Blanc, le toit de l'Europe, qu'au niveau de la mer. Aurait-il de meilleur résultat avec une « cocotte-minute » ?

1. Peut-on faire bouillir de l'eau à moins de 100^°C ?

Considérons de l'eau (corps pur) en la chauffant jusqu'à ébullition à la pression atmosphérique en mesurant sa température (étape 1) dans un chauffe-ballon. Laissons refroidir jusqu'à 80-90^°C (étape 2).

Plaçons le ballon dans une cloche à vide avec le thermomètre (étape 3) et chassons l'air contenu dans la cloche grâce à la pompe aspirante (étape 4).

Au bout de quelques seconde d'aspiration, la pression a chuté de quelques hectopascal dans la cloche. L'eau se met spontanément à bouillir aux alentours de 80^°C.

Lorsque la pression diminue, l'eau (corps pur) a une température d'ébullition inférieure à 100^°C.

2. Relation entre pression et température d'ébullition

Lorsque le chimiste réalise, dans sa salle, une expérience de vaporisation de l'eau, il travaille à la pression atmosphérique, c'est-à-dire, la pression que l'air qui l'entoure exerce autour de lui.

Afin de renouveler la même expérience, il doit noter la valeur de cette pression grâce à un baromètre (en effet, la pression dépend de l'altitude où l'on se trouve et des conditions météorologiques : un anticyclone génère des hautes pressions et une dépression, des basses pressions. La pression atmosphérique normale au niveau de la mer est égale à 1013 hPa.).

Dans les conditions de pression atmosphérique normale, l'eau entre en ébullition à 100 ^°C. Si la pression diminue, la température d'ébullition de l'eau diminue et si la pression augmente, la température d'ébullition augmente.
C'est ainsi qu'un alpiniste perché sur le toit de l'Europe (4 800 mètres d'altitude) réalise une cuisson avec une pression inférieure à 1013 hPa : l'eau va donc bouillir en dessous de 100 ^°C, la cuisson va être plus difficile et beaucoup plus longue. Au contraire, s'il utilise une « cocotte-minute », il va augmenter artificiellement la pression. Ainsi, la température d'ébullition va augmenter (au environ de 120^°C) et la cuisson sera beaucoup plus rapide.

L'essentiel

De manière générale, la température d'ébullition d'un corps pur dépend de la pression.
Ainsi, les températures d'ébullition caractéristiques de chaque corps pur sont données à la pression atmosphérique normale de 1013 hPa.
Plus la pression augmente et plus la température d'ébullition augmente et inversement, si la pression diminue, alors la température d'ébullition diminue.

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