Détermination du point d’ébullition
Semblable au point de fusion, le point d’ébullition est une propriété physique. Si l’échantillon est un composé pur, le point d’ébullition peut être utilisé pour déterminer l’identité du composé. En fin de compte, déterminer expérimentalement le point d’ébullition exact est difficile. Comme les points de fusion, les points d’ébullition expérimentaux sont donnés sous forme de plage et varient de quelques degrés par rapport à la valeur réelle de la littérature.
Pression de vapeur
Pour comprendre pourquoi un solvant bout, caractérisé par le bouillonnement familier de la solution, il est important de comprendre la dynamique entre les phases liquide et gazeuse. Considérez un composé liquide pur dans un récipient scellé. Certaines molécules à la surface du liquide auront suffisamment d’énergie pour surmonter les forces intermoléculaires et entrer en phase gazeuse. Cependant, les molécules en phase gazeuse peuvent également perdre de l’énergie et se condenser en un liquide. Par conséquent, il existe deux processus concurrents dans ce système: l’évaporation et la condensation.
Lorsque la vitesse d’évaporation est égale à la vitesse de condensation, le système a atteint un état d’équilibre. Cela signifie que pour chaque molécule qui entre dans la phase gazeuse, une autre se condense en phase liquide, et il n’y a pas de gain ou de perte nette de la quantité de liquide ou de gaz dans le récipient. Une fois l’équilibre établi, la pression exercée par la vapeur au-dessus du liquide est appelée pression de vapeur. La tendance d’un liquide à se vaporiser s’appelle sa volatilité. Un liquide plus volatil a une pression de vapeur plus élevée, tandis qu’un liquide moins volatil a une pression de vapeur plus faible.
La pression de vapeur varie selon la température. Si vous augmentez la température de la solution, plus de molécules ont suffisamment d’énergie pour échapper à la phase liquide, et donc la pression de vapeur augmente. En fin de compte, si suffisamment de chaleur est appliquée, les molécules qui ne sont pas à l’interface entre le liquide et le gaz passeront dans la phase gazeuse et formeront les bulles familières que nous associons à l’ébullition.
Le point d’ébullition d’un liquide est atteint lorsque la pression de vapeur totale du liquide est équivalente à la pression atmosphérique. La température à laquelle cela se produit s’appelle le point d’ébullition. À des altitudes plus élevées, et donc à une pression atmosphérique plus basse, un liquide bout à une température plus basse, car moins de chaleur est nécessaire pour augmenter la pression de vapeur à la pression atmosphérique. De plus, la volatilité, ou la capacité d’un solvant à se vaporiser, a également un impact sur la pression de vapeur. Les solvants à forte volatilité ont une pression de vapeur plus élevée que les solvants à faible volatilité.
Facteurs ayant un impact sur le point d’ébullition
La similitude entre les points de fusion et les points d’ébullition signifie que les mêmes facteurs ayant un impact sur le point de fusion d’un composé auront également un impact sur le point d’ébullition. Par conséquent, la force et les types de forces intermoléculaires qui se trouvent dans le composé liquide affecteront le point d’ébullition. Rappelons qu’il existe trois types de forces moléculaires: la liaison hydrogène, les interactions dipôle-dipôle et les forces de dispersion de London. Chacun d’entre eux a des forces d’attraction différentes et nécessite différentes quantités d’énergie à surmonter. Les composés qui peuvent se lier à l’hydrogène auront des points d’ébullition plus élevés que les composés qui ne peuvent interagir que par les forces de dispersion de Londres. Une considération supplémentaire pour les points d’ébullition implique la pression de vapeur et la volatilité du composé. En règle générale, plus un composé est volatil, plus son point d’ébullition est bas.
La Méthode capillaire pour Déterminer le Point d’ébullition
Une méthode simple pour déterminer le point d’ébullition d’un composé organique consiste à utiliser la méthode capillaire. Dans cette configuration, un tube capillaire en verre vide est inversé dans un récipient du composé pur en phase liquide. Lorsque le liquide est chauffé, la pression de vapeur de l’échantillon augmente et la vapeur gazeuse commence à pénétrer dans le tube capillaire en verre. Cela force l’air emprisonné à l’intérieur et entraîne l’émergence de bulles au fond du tube capillaire. À ce stade, le liquide est laissé refroidir. Une fois que la pression de vapeur de l’échantillon est la même que la pression atmosphérique à l’intérieur du tube capillaire en verre, le liquide commencera à pénétrer dans le tube. La température de la solution lorsque ce phénomène se produit est le point d’ébullition du composé liquide.