Quelles sont les bulles dans l'eau bouillante?

Des bulles se forment lorsque vous faites bouillir de l'eau. Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'il y avait dedans? Des bulles se forment-elles dans d'autres liquides bouillants? Voici un aperçu de la composition chimique des bulles, si les bulles d'eau bouillante sont différentes de celles formées dans d'autres liquides, et comment faire bouillir l'eau sans former de bulles du tout.

Faits en bref: bulles d'eau bouillante

• Au départ, les bulles dans l'eau bouillante sont des bulles d'air.
• Les bulles d'eau portées à ébullition sont constituées de vapeur d'eau.
• Si vous faites bouillir de l'eau, des bulles peuvent ne pas se former. Cela peut entraîner une ébullition explosive!
• Des bulles se forment également dans d'autres liquides. Les premières bulles sont constituées d'air, suivi de la phase vapeur du solvant.

À l'intérieur des bulles d'eau bouillante

Lorsque vous commencez à faire bouillir de l'eau, les bulles que vous voyez sont essentiellement des bulles d'air. Techniquement, ce sont des bulles formées à partir des gaz dissous qui sortent de la solution, donc si l'eau est dans une atmosphère différente, les bulles seraient constituées de ces gaz. Dans des conditions normales, les premières bulles sont principalement de l'azote avec de l'oxygène et un peu d'argon et de dioxyde de carbone.

Au fur et à mesure que vous chauffez l'eau, les molécules gagnent suffisamment d'énergie pour passer de la phase liquide à la phase gazeuse. Ces bulles sont de la vapeur d'eau. Lorsque vous voyez de l'eau à «ébullition roulante», les bulles sont entièrement de la vapeur d'eau. Des bulles de vapeur d'eau commencent à se former sur les sites de nucléation, qui sont souvent de minuscules bulles d'air, de sorte que lorsque l'eau commence à bouillir, les bulles se composent d'un mélange d'air et de vapeur d'eau.

Les bulles d'air et les bulles de vapeur d'eau se dilatent au fur et à mesure qu'elles montent car il y a moins de pression qui les pousse. Vous pouvez voir cet effet plus clairement si vous soufflez des bulles sous l'eau dans une piscine. Les bulles sont beaucoup plus grosses lorsqu'elles atteignent la surface. Les bulles de vapeur d'eau s'élargissent à mesure que la température augmente, car plus de liquide est converti en gaz. Il semble presque que les bulles proviennent de la source de chaleur.

Tandis que les bulles d'air montent et se dilatent, parfois les bulles de vapeur rétrécissent et disparaissent lorsque l'eau passe de l'état gazeux à sa forme liquide. Les deux endroits où vous pouvez voir les bulles rétrécir se trouvent au fond d'une casserole juste avant que l'eau bout et à la surface supérieure. À la surface supérieure, une bulle peut se briser et libérer la vapeur dans l'air ou, si la température est suffisamment basse, la bulle peut rétrécir. La température à la surface de l'eau bouillante peut être plus froide que le liquide inférieur en raison de l'énergie qui est absorbée par les molécules d'eau lorsqu'elles changent de phase.

Si vous laissez refroidir l'eau bouillie et la remettez immédiatement à bouillir, vous ne verrez pas de bulles d'air dissoutes se former car l'eau n'a pas eu le temps de dissoudre le gaz. Cela peut présenter un risque pour la sécurité car les bulles d'air perturbent suffisamment la surface de l'eau pour l'empêcher de bouillir de manière explosive (surchauffe). Vous pouvez l'observer avec de l'eau au micro-ondes. Si vous faites bouillir l'eau assez longtemps pour que les gaz s'échappent, laissez l'eau refroidir, puis remettez-la immédiatement à ébullition, la tension superficielle de l'eau peut empêcher le liquide de bouillir même si sa température est suffisamment élevée. Ensuite, cogner le récipient peut entraîner une ébullition soudaine et violente!

Les gens croient souvent à tort que les bulles sont faites d'hydrogène et d'oxygène. Lorsque l'eau bout, elle change de phase, mais les liaisons chimiques entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène ne se rompent pas. Le seul oxygène contenu dans certaines bulles provient de l'air dissous. Il n'y a pas d'hydrogène.

Composition des bulles dans d'autres liquides bouillants

Si vous faites bouillir d'autres liquides que l'eau, le même effet se produit. Les bulles initiales seront constituées de tous les gaz dissous. Comme la température se rapproche du point d'ébullition du liquide, les bulles seront la phase vapeur de la substance.

Bouillir sans bulles

Bien que vous puissiez faire bouillir de l'eau sans bulles d'air simplement en la faisant bouillir, vous ne pouvez pas atteindre le point d'ébullition sans obtenir de bulles de vapeur. Cela est vrai pour d'autres liquides, y compris les métaux en fusion. Les scientifiques ont découvert une méthode pour empêcher la formation de bulles. La méthode est basée sur l'effet Leidenfrost, qui peut être vu en aspergeant des gouttelettes d'eau sur une casserole chaude. Si la surface de l'eau est recouverte d'un matériau hautement hydrophobe (hydrofuge), un coussin de vapeur se forme qui empêche les bulles ou l'ébullition explosive. La technique n'a pas beaucoup d'application dans la cuisine, mais elle peut être appliquée à d'autres matériaux, réduisant potentiellement la traînée de surface ou contrôlant les processus de chauffage et de refroidissement des métaux.