Ingegneria Chimica Ambientale

Introduzuone. Nell’ultimo contributo, abbiamo parlato della legge di Raoult fermandoci al diagramma di stato delle miscele bifasiche. In questo nuovo contributo cercheremo di capire come si arriva a quel diagramma, in particolar modo, come si arriva a disegnare la curva 2 dei vapori saturi. Di seguito riportiamo il diagramma del precedente contributo.

Curva dei vapori saturi. Se fissiamo una concentrazione , utilizzando la retta 1 del diagramma in Fig. 1, riusciamo ad individuare un valore della pressione. Tramite Rauolt siamo in grado di determinare la frazione molare del vapore che fa equilibrio alla frazione x del liquido:

(1) ;

In pratica, questo valore di è relativo alla stessa pressione, quindi si trova sulla stessa orizzontale presa per , siccome , coincidente con il punto C nel diagramma. Tracciando la verticale passante per si ha:

1. Dal basso verso l’alto: inizialmente abbiamo che tutto il sistema è in fase vapore, se la pressione aumenta si arriva al punto in cui la prima gocciolina di vapore comincia a condensare (punto sulla curva 2 con frazione ). Se la pressione aumenta ancora si arriva al punto B della curva 1, dove il sistema risulta essere tutto in fase liquida tranne l’ultimo residuo di vapore ;
2. Dall’alto verso il basso: si ha tutto liquido, facendo diminuire la pressione si arriva al punto B dove il liquido comincia a bollire formando un vapore . Se la pressione diminuisce ancora, si arriva al punto A in cui si ha tutto vapore tranne per la presenza di una ultima gocciolina di liquido .

Passaggio di fase. Le considerazioni precedenti ci permettono di sottolineare una importante caratteristica delle miscele:

se per una sostanza pura la pressione resta costante durante il passaggio di fase, non è così per una miscela.

Per comprendere meglio il senso di questa affermazione, possiamo fare sempre riferimento al diagramma in Fig. 1. I percorsi 1 e 2 che abbiamo analizzato in precedenza sono rettilinei, questo perché nei tratti esterni alle curve il liquido ed il vapore non cambiano composizione. Cerchiamo di capire cosa accade nel tratto A-B. Se partiamo dal sistema in fase vapore (basso verso altro) ed aumentiamo la pressione, in A si forma la prima gocciolina di liquido con concentrazione . Opposta la situazione che si ha in B, dove abbiamo tutto liquido con una bolla di vapore . In pratica, mentre nei tratti esterni alle curve le composizioni non variano, lungo il tratto A-B le concentrazioni variano continuamente. La retta A-B ha comunque senso all’interno del diagramma, perché rappresenta la concentrazione totale del sistema che nel complesso non varia.

se per una sostanza pura la pressione resta costante durante il passaggio di fase, ciò non accade nelle miscele.

Uso del diagramma. Per determinare le concentrazioni della miscela ad una determinata pressione, non dobbiamo fare altro che tracciare l’orizzontale per , in questo modo si ottengono due punti che identificano proprio i due valori di concentrazione  ed . Questi due valori variano al variare della pressione; l’unico valore a restare costante è .

Diagramma a P costante. Il diagramma in Fig. 1 vale a T costante, ma è possibile anche realizzarne uno a P costante.

Nel diagramma in Fig. 2 abbiamo indicato con Teb la temperatura del generico componente puro, la curva 1 è del vapore saturo (curva di rugiada), la 2 è del liquido saturo (curva di inizio ebollizione). Anche in questo caso possiamo fare gli stessi ragionamenti fatti in precedenza, infatti, durante il passaggio di fase la temperatura non resta costante.

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