La tensione di vapore o pressione di vapore è una proprietà fisica delle sostanze (e più in generale delle miscele di sostanze) che dipende dalla temperatura. Essa è definita come la pressione del vapore in equilibrio con la sua fase condensata ad una temperatura specificata.
Il grafico che segue è relativo all'acqua.
L'immagine mostra che la tensione di vapore dell'acqua aumenta all'aumentare della temperatura.
Una cosa molto importante da notare è che il grafico si interrompe intorno ai 370°C, più precisamente a 373,9°C.
Tale valore è caratteristico dell'acqua ed ha il nome di temperatura critica.
Esso costituisce la temperatura massima alla quale può esistere la fase liquida. Oltre tale temperatura la fase liquida non è più accessibile.
Il grafico mostrato nell'immagine sopra è rappresentativo anche della trasformazione isocora di un sistema in cui sono presenti contemporaneamente sia la fase liquida che la fase vapore.
A questo punto dovrebbe essere chiaro il motivo della pericolosità di riscaldare un contenitore sigillato (riscaldamento isocoro) contenente acqua liquida.
Oltre i 100°C, ulteriori aumenti di temperatura fanno salire rapidamente la pressione al suo interno a valori estremamente elevati e il contenitore potrebbe facilmente esplodere.
Molto istruttivo è il confronto con la trasformazione isocora di un gas ideale.
In questo caso infatti la relazione che lega pressione e temperatura deriva direttamente dall'equazione di stato dei gas perfetti e risulta essere la seguente
P = n * R * T / V
dove
P è la pressione espressa in Pa
n è la quantità di gas espressa in moli
R è la costante dei gas perfetti e vale 8,314 J mol-1 K-1
T è la temperatura espressa in K
V è il volume espresso in m3
Poichè in una trasformazione isocora n, R e V sono costanti, la relazione precedente può essere riscritta come segue
P = costante * T
che è l'equazione di una retta passante per l'origine degli assi.
Proviamo ora a confrontare la trasformazione isocora di un gas ideale con la trasformazione isocora di un sistema acqua liquido-vapore.
Ipotizziamo che una certa quantità di gas ideale abbia una pressione di 101235Pa ovvero 1 atmosfera alla temperatura di 100°C. In condizioni isocore, un abbassamento della sua temperatura provoca una riduzione lineare della pressione, un innalzamento della temperatura provoca un aumento lineare della pressione.
Il grafico che segue mostra cosa accade alla pressione al variare della temperatura nello stesso intervallo termico già visto per l'acqua (il grafico si ferma sui 370°C come per l'acqua ma avrebbe potuto continuare "indefinitamente").
Nell'immagine che segue la curva relativa al gas e quella relativa all'acqua sono stati graficati assieme. Per motivi di scala, il grafico è stato limitato alla temperatura massima di 150°C.
La sovrapposizione sullo stesso grafico dei due andamenti evidenzia in modo inequivocabile il diverso comportamento dei due fluidi: l'aumento pressorio è molto più marcato nel caso della tensione di vapore dell'acqua rispetto al caso del gas ideale.
Oltre i 100°C la tensione di vapore dell'acqua cresce più rapidamente della pressione del gas raggiungendo a 150°C un valore di 4,7atm contro le 1,13atm del gas.
Sotto i 100°C la tensione di vapore dell'acqua scende più rapidamente della pressione del gas raggiungendo già a 50°C un valore di 0,1atm contro le 0,87atm del gas.
Ovviamente variazioni così importanti della tensione di vapore sono associate ad altrettanto importanti trasferimenti di energia termica sotto forma di calore, ma questo sarà l'argomento del prossimo post.
Il grafico che segue è relativo all'acqua.
L'immagine mostra che la tensione di vapore dell'acqua aumenta all'aumentare della temperatura.
Una cosa molto importante da notare è che il grafico si interrompe intorno ai 370°C, più precisamente a 373,9°C.
Tale valore è caratteristico dell'acqua ed ha il nome di temperatura critica.
Esso costituisce la temperatura massima alla quale può esistere la fase liquida. Oltre tale temperatura la fase liquida non è più accessibile.
Il grafico mostrato nell'immagine sopra è rappresentativo anche della trasformazione isocora di un sistema in cui sono presenti contemporaneamente sia la fase liquida che la fase vapore.
A questo punto dovrebbe essere chiaro il motivo della pericolosità di riscaldare un contenitore sigillato (riscaldamento isocoro) contenente acqua liquida.
Oltre i 100°C, ulteriori aumenti di temperatura fanno salire rapidamente la pressione al suo interno a valori estremamente elevati e il contenitore potrebbe facilmente esplodere.
Molto istruttivo è il confronto con la trasformazione isocora di un gas ideale.
In questo caso infatti la relazione che lega pressione e temperatura deriva direttamente dall'equazione di stato dei gas perfetti e risulta essere la seguente
P = n * R * T / V
dove
P è la pressione espressa in Pa
n è la quantità di gas espressa in moli
R è la costante dei gas perfetti e vale 8,314 J mol-1 K-1
T è la temperatura espressa in K
V è il volume espresso in m3
Poichè in una trasformazione isocora n, R e V sono costanti, la relazione precedente può essere riscritta come segue
P = costante * T
che è l'equazione di una retta passante per l'origine degli assi.
Proviamo ora a confrontare la trasformazione isocora di un gas ideale con la trasformazione isocora di un sistema acqua liquido-vapore.
Ipotizziamo che una certa quantità di gas ideale abbia una pressione di 101235Pa ovvero 1 atmosfera alla temperatura di 100°C. In condizioni isocore, un abbassamento della sua temperatura provoca una riduzione lineare della pressione, un innalzamento della temperatura provoca un aumento lineare della pressione.
Il grafico che segue mostra cosa accade alla pressione al variare della temperatura nello stesso intervallo termico già visto per l'acqua (il grafico si ferma sui 370°C come per l'acqua ma avrebbe potuto continuare "indefinitamente").
Nell'immagine che segue la curva relativa al gas e quella relativa all'acqua sono stati graficati assieme. Per motivi di scala, il grafico è stato limitato alla temperatura massima di 150°C.
La sovrapposizione sullo stesso grafico dei due andamenti evidenzia in modo inequivocabile il diverso comportamento dei due fluidi: l'aumento pressorio è molto più marcato nel caso della tensione di vapore dell'acqua rispetto al caso del gas ideale.
Oltre i 100°C la tensione di vapore dell'acqua cresce più rapidamente della pressione del gas raggiungendo a 150°C un valore di 4,7atm contro le 1,13atm del gas.
Sotto i 100°C la tensione di vapore dell'acqua scende più rapidamente della pressione del gas raggiungendo già a 50°C un valore di 0,1atm contro le 0,87atm del gas.
Ovviamente variazioni così importanti della tensione di vapore sono associate ad altrettanto importanti trasferimenti di energia termica sotto forma di calore, ma questo sarà l'argomento del prossimo post.
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