Pressione di vapore
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La pressione di vapore o tensione di vapore di una sostanza o di una miscela liquida è la pressione parziale[1] del suo vapore quando si raggiunge l'equilibrio fra la fase liquida e la fase gassosa.
Essendo una pressione, la pressione di vapore è una forza per unità di superficie e nel Sistema Internazionale si misura in pascal (1 Pa = 1 N.m-2).
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[modifica] Lo stato termodinamico di vapore saturo
Se una certa sostanza liquida viene posta in un recipiente chiuso e mantenuto a temperatura costante, la concentrazione delle molecole di tale sostanza nella fase gassosa, dapprima aumenta, a causa dell'evaporazione, e poi, raggiunto un determinato valore, che dipende unicamente dalla natura della sostanza e dalla temperatura, rimane costante nel tempo.
Le due fasi sono ora in equilibrio, e quando si raggiunge questa condizione si parla di vapore saturo a quella determinata temperatura.
In questo caso l'equilibrio è di natura dinamica perché, durante questa fase di apparente stabilità macroscopica fra il liquido ed il vapore, continuano a verificarsi, con la stessa velocità, due processi opposti: da una parte un certo numero di molecole, nell'unità di tempo, passa dalla fase liquida a quella gassosa (evaporazione) ma nella stessa unità di tempo un ugual numero di molecole passa dallo stato gassoso a quello liquido (condensazione).
[modifica] Pressione di vapore saturo
La pressione esercitata dal vapore in equilibrio, come già accennato, prende il nome di tensione di vapore o pressione del vapore saturo, poiché, quando il volume sovrastante il liquido è saturo, esso non può più contenere altre molecole in fase gassosa, sicché per quella particolare temperatura la pressione presenta il suo valore massimo.
La pressione del vapore saturo di un liquido aumenta al crescere della temperatura, perché le molecole acquistano via via un'energia cinetica più alta ed hanno così una maggiore tendenza ad evaporare.
Quando un vapore si trova alla pressione di vapore saturo si dice anche che esso si trova in condizioni di saturazione.
[modifica] Evaporazione ed ebollizione
Quando aumento la temperatura ad un liquido a pressione ambiente, l'evaporazione avviene alla sua superficie, fintanto che la tensione di vapore del liquido è minore della pressione ambiente.
Quando invece la tensione di vapore eguaglia la pressione ambiente, l'evaporazione può avvenire in qualsiasi punto della massa liquida con formazione di bolle di vapore che salgono tumultuose in superficie: si ha il fenomeno dell'ebollizione.
La temperatura alla quale la pressione di vapore coincide con quella atmosferica è la temperatura di ebollizione.
Infatti dall'andamento della pressione del vapore saturo dell'acqua, in funzione della temperatura, si può osservare che a 100 °C la pressione del vapore è quella atmosferica.
Per esempio, la pressione di vapore del ferro liquido alla temperatura di 1 808 K è 7,02 Pa: questo vuol dire che il ferro liquido inizierà ad evaporare finché il vapore di ferro avrà raggiunto la pressione di 7,02 Pa e da quel momento in poi il ferro "cesserà" di evaporare (o meglio: il numero di atomi di ferro che passeranno dallo stato liquido a quello gassoso sarà pari al numero di atomi di ferro che passeranno dallo stato gassoso a quello liquido).
Per i gas-vapori non vale la legge delle pressioni parziali dei gas, in quanto la loro pressione non dipende dal volume ma dalla loro temperatura.
[modifica] Determinazione della pressione di vapore
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Per approfondire, vedi la voce Equazione di Antoine. |
Il valore di pressione di vapore è facilmente ricavabile utilizzando una formula che metta in relazione tale pressione con una determinata temperatura (espressa in gradi celsius), con questa formula si determina con l'acqua a una determinata temperatura, il valore della pressione (in mBar) a cui entra in ebollizione:
In cui:
è la pressione di vapore dell'acqua- T è la temperatura.
Nel caso più generale di un componente puro, la dipendenza della pressione di vapore dalla temperatura è calcolabile dall'equazione di Antoine, che si scrive:
in cui:
- P° è la pressione di vapore del componente puro
- T è la temperatura
- A, B e C sono costanti che dipendono dalla natura del componente, ricavate sperimentalmente.
La pressione di vapore può essere ricavata sperimentalmente tramite un apparecchio chiamato isoteniscopio.[2]
[modifica] Note
- ^ Nel caso particolare in cui la sostanza sia pura, la pressione del vapore corrisponde ad una pressione vera e propria. Siccome il termine "pressione parziale" racchiude in sé entrambi i significati, nella definizione è stato fatto uso del termine "pressione parziale", ma si potrebbe distinguere tra i due casi di sostanza pura e di miscela.
- ^ Silvestroni, op. cit., p. 211
[modifica] Bibliografia
- Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10a ed. CEA, 1996. ISBN 8840809988
