Par Joy Campbell | Mis à jour le 30 août 2022
Comprendre le comportement de congélation des liquides est fondamental en physique et en chimie. La présence de solutés, la température et d'autres facteurs peuvent modifier le point de congélation, faisant geler certains liquides plus rapidement que d'autres.
Organisez une enquête simple en demandant aux élèves de comparer le jus d'orange, le thé, l'eau et le lait. Chaque élève reçoit 3 à 4 tasses, les remplit à moitié avec un liquide différent et les place au congélateur. Toutes les 25 minutes, un cure-dent est inséré pour tester la présence de glace. Les élèves notent l'ordre de congélation et comparent les résultats à leur hypothèse. En règle générale, l'eau ordinaire gèle en premier car elle ne contient aucun soluté dissous.
Les élèves préparent trois tasses d’eau du robinet :une inchangée, une avec une cuillère à soupe de sucre et une avec une cuillère à soupe de sel. Après un mélange minutieux, les coupelles sont congelées et vérifiées toutes les 30 minutes. Le résultat attendu est que l'eau du robinet gèle en premier, suivie de l'eau sucrée, et que l'eau salée gèle en dernier en raison de la plus grande dépression du point de congélation.
Pour explorer l’effet Mpemba, les élèves remplissent une tasse d’eau chaude (≈80°C) et une autre d’eau froide (≈5°C). Les deux sont placés au congélateur et examinés toutes les 25 minutes. Contrairement à l'intuition, l'eau chaude gèle souvent plus tôt car les gaz dissous sont expulsés, réduisant ainsi le nombre de sites de nucléation.
Dans des récipients identiques, une tasse est remplie d'eau fraîche, l'autre d'eau salée. Les deux sont refroidis à la même température initiale, puis congelés. Les observations effectuées toutes les 30 minutes montrent systématiquement que l'eau douce gèle plus rapidement, confirmant que les solutés abaissent le point de congélation.
Ces expériences fournissent des preuves concrètes des propriétés colligatives et renforcent le raisonnement scientifique. Pour plus d’informations sur la dépression du point de congélation, consultez la présentation de l’American Chemical Society sur acs.org .