Quelle distance entre deux molécules, dans l'air ?

Là, je reçois un message qui me conduit à signaler, à nouveau, la publication de mon livre Calculating and Problem Solving Through Culinary Experimentation :

https://www.routledge.com/Calculating-and-Problem-Solving-Through-Culinary-Experimentation/Kientza/p/book/9781032286501

Pour la partie qui nous intéresse ici, le message est le suivant :

J'avais beaucoup aimé votre vidéo représentant les chocs et les forces électrostatiques entre molécules d'eau.Voici la même chose pour l'air. Je ne sais pas si la proportion taille des molécules/distance entre les molécules a été respectée :

https://twitter.com/FoxarFR/status/1619053036198043648‌

 

Et ma réponse donnée dans le livre est de calculer un ordre de grandeur des distances entre les molécules. 

Supposons une masse d'une mole de diazote (l'air, c'est majoritairement des molécules de ce composé) : 28 grammes. 

Le nombre de molécules est donc le nombre d'Avogadro, soit environ 6e23 (on note e23 le nombre 10 à la puissance 23). 

Une mole de gaz occupe un volume d'environ 25 litres (soit 25e-3 m^3 ; ici, je note par ^ une élévation à la puissance, de sorte que m^3 est l'abréviation de mètre cu be), à la température de 25 °C, et pour une pression  de 1 bar. 

Soit le volume occupé par une molécule de diazote, en moyenne :
25e-3/6e23. 

Supposons ce volume cubique : la dimension de l'arête du cube est égale à la racine cubique de ce volume. C'est aussi la distance entre les centres de deux de ces petits cubes. 

De sorte que la distance entre deux molécules de diazote est en moyenne de :
(25e-3/6e23)^1/3
Soit (en m)  : 3,5e-9. 

Cette distance, de 3,5 nanomètres, est à comparer à la distance de la liaison entre les deux atomes d'azote dans la molécule de diazote, soit environ 0,1 nanomètres. 

Autrement dit, les centres de deux molécules de diazote sont distances de 35 diamètres de molécules.

L'ébullition

Parmi les changements d'état, il y a le passage de l'état liquide à l'état gazeux, qui a pour nom "évaporation". Et c'est ainsi que l'eau s'évapore à toute température, par exemple.

Cette évaporation diffère de l'ébullition, transition qui, elle, s'effectue à la température fixe  de 100 degrés.

 
Mais rien ne vaut l'expérience qui consister à chauffer de l'eau après y avoir mis un thermomètre.

On rappelle que l'eau est un composé pur, ce qui signifie qu'elle est fait d'une myriade d'objets tous identiques, qui sont des "molécules d'eau".

L'eau n'est pas "une molécule", comme certains le disent certains de façon erronée, mais c'est un composé fait d'un nombre immense de molécules. Et c'est parce que ces molécules sont identiques que l'eau est ce que l'on nomme un composé, ou espèce chimique.
Je parle bien sûr de l'eau pure, et non pas de l'eau du robinet, qui doit son goût à de nombreux "ions" et autres molécules, qui y sont dissous.

Soit donc une casserole d'eau que l'on chauffe, un thermomètre plongé dedans. On voit la température de l'eau passer lentement de 20 degrés à 21 degrés, à 22 degrés, à 23 degrés, etc.

Vers 50 degrés, on commence à voir une fumée bleutée : l'eau commence à s'évaporer notablement, et la vapeur se recondense en microscopiques gouttes de liquide, en arrivant dans l'air plus froid.

Et, finalement, on atteint des températures plus élevées :  70, 80, 90, 91, 92,  93... Et, dans les conditions habituelles, on ne dépasse pas 100 degrés : on a beau pousser le feu, l'ébullition se fait plus tumultueuse mais la température est toujours de 100 degrés, preuve qu'il faut beaucoup d'énergie pour arriver à évaporer l'eau.

En terme microscopiques, cela signifie que l'on a agité les molécules d'eau au point qu'elle puissent se détacher les unes des autres. Et il faut beaucoup d'énergie, car elles "collent" énergiquement.

Voilà pour l'ébullition. Et cette dernière engendre donc de la vapeur, à savoir un gaz, c'est-à-dire un ensemble de molécules d'eau assez éloignées les unes des autres. La vapeur est incolore, invisible... mais quand les molécules d'eau évaporées arrivent  dans l'air,  plus froid, elles n'ont plus assez d'énergie pour rester en phase liquide, et elles forment de petites gouttelettes,  qui sont la raison pour laquelle on voit cette fumée blanche au-dessus des casseroles.
J'insiste : ce que l'on voit, ce n'est pas la vapeur, mais des gouttes d'eau, comme dans les nuages.

Tiens, pour terminer, ajoutons quand même que, dans toute cette affaire, il n'y a pas de réarrangement d'atomes  : les molécules d'eau dans l'eau liquide sont les mêmes qu'en phase vapeur. Et il n'y aura pas d'usure à répéter évaporation et condensation, autant de fois que l'on voudra.

Questions de siphon

Une question technique :

Bonjour, je me permets de vs poser une question. J'utilise un siphon en pâtisserie mais je ne comprends pas pourquoi il me reste toujours de la crème à l'intérieur du siphon lorsque le gaz est, lui, terminé ?
 

Observons d'abord que, pour les siphons les plus simples, les cartouches contiennent bien peu de gaz, et c'est la raison pour laquelle il est possible, quand une cartouche est finie, d'en mettre une autre, afin de permettre l'utilisation de la suite du produit qui a été introduit dans le siphon.

Mais, surtout, il faut savoir que je milite depuis presque 30 ans pour des systèmes différents, avec un compresseur qui met du gaz, au lieu d'avoir des consommables coûteux !



D'autre part, il est bon de bien faire la différence entre les divers cartouches possibles, au cas où l'on reste au système le plus simple,  à cartouches. Les plus courantes contiennent du protoxyde d'azote, surnommé le "gaz hilarant", sans odeur mais à la saveur légèrement sucrée. Il est donc relativement inerte.
Une autre possibilité : le dioxyde de carbone, ou "gaz carbonique", qui, quand il est mis dans le siphon, se dissout un peu dans les liquides et donne une saveur acidulée, et une effervescence. Par exemple, faites donc l'expérience de mettre, à sec dans le siphon, quelques grains de raisin, plus deux cartouches de dioxyde de carbone ; attendez, puis chassez rapidement le gaz en appuyant sur la gachette pour vider le siphon, et goûter les grains de raisin : il est devenu effervescent. Avec un liquide, vous auriez un liquide effervescent... et ce n'est rien d'autre qu'un avatar de l'ancienne "eau de Seltz".


Retrouvez tout cela et bien plus sur :

A propos de glaçons

Un correspondant m'interroge : comment faire des glaçons parfaitement transparents.

Je n'ai pas étudié la question expérimentalement, mais il me semble que les causes de trouble ne peuvent être que :
- la présence de bulles de gaz qui était dissous
- la précipitation de "sels" (disons des espèces minérales

De sorte que l'on devrait :
- utiliser de l'eau très pure
- chauffer l'eau pour chasser les gaz dissous, emprisonner l'eau ainsi chauffée dans une enveloppe hermétique aux gaz, avant de refroidir et congeler.

Qui me donnera le résultat de ces prévisions ? 

Ce matin, une question :


Bonjour, je suis étudiant en licence de chimie et passioné de gastronomie moéculaire. Je me permet de vous écrire à nouveau car je ne trouve pas la réponse à une question que je me pose:
Pourquoi la majorité des cartouches de gaz pour siphon contiennent du protoxyde d'azote ?
J'ai remarqué qu'il en existait aussi au dioxyde de carbone, cependant elles semblent moins répandues.


Et ma réponse :

Bonjour et merci de votre intérêt... mais est-ce pour la gastronomie moléculaire ou la cuisine moléculaire ? Et si c'est pour la cuisine moléculaire (très dépassée), pourquoi ne vous intéressez-vous pas plutôt à la "cuisine note à note" ?

Pour votre question, il y a une réponse simple, et, ce qui est mieux, expérimentale : si vous prenez un siphon et que vous y mettez quelques groseilles, grains de raisin, mirabelles, framboises, etc, à sec, et avec une cartouche de dioxyde de carbone. Après un bon moment, vous évacuez le gaz et vous ouvrez : vous récupérez des fruits pétillants ! Le protoxyde d'azote évite cette sensation, qui peut être désagréable, d'autant qu'elle modifie l'acidité, en plus d'autres phénomènes.