20 mag, 2008
Richiami di Chimica e Termodinamica: la tensione di vapore.
Posted by: Domenico Di Nardo In: chimica| termodinamica | Articolo letto 1.037 volte/a
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Introduzione. Prima di entrare nel vivo degli argomenti della ignegneria chimica ambientale (ica) è opportuno fare una breve rassegna (qualche articolo) su alcuni richiami di chimica e di termodinamica. Iniziamo con una delle proprietà più importanti quando si analizza un problema che vede come attore un fluido: la tensione di vapore.
Caratterizzazione. A tutti noi è capitato di lasciare aperto un recipiente con dell’acqua e notare che il livello del liquido, con il tempo, tende a diminuire. Il fenomeno è funzione del numero di molecole che urtano (ed oltrepassano) il pelo libero del recipiente. Non tutte le molecole riusciranno ad oltrepassare il pelo libero, solo quelle che hanno una energia cinetica maggiore della entalpia di vaporizzazione 
ci riusciranno e la velocità di riduzione del livello idrico “ve” è proporzionale a queste ed alla superficie del pelo libero A.
Il numero delle molecole che urtano la superficie libera dipende da due fattori:
(1)
dove n è il numero delle molecole e V è il volume;
(2) componente lungo l’asse z della velocità media delle molecole,;
Con la (1) facciamo riferimento alle molecole totali presenti nel liquido ma a noi interessano solo quelle che hanno energia a sufficienza:
(3)
;
Detto ciò si arriva, con semplicissime sostituzioni algebriche, alla seguente relazione:
(4)
;
Analisi sperimentale. Per capire bene cosa è la tensione di vapore facciamo riferimento al sistema nello schema nella fig. 1.
Se lasciamo il liquido L nel recipiente vuoto e chiuso ermeticamente, con la temperatutra T costante, noteremo che il manometro misura una certa pressione, tale pressione è figlia degli urti delle particelle che evaporano alla velocità 
. Se la temperatura non è costante la pressione sarà funzione anche di questa.
Una importante osservazione è che le molecole che evaporano possono urtare sia le pareti che la superficie del liquido e tendere, quindi, a condensare con velocità 
che dipenderà dal numero di urti nell’unità di tempo e per unità di superficie:
(5)
;
è la concetrazione delle molecole nel vapore V che, ovviamente, tende a crescere con il tempo. Più cresce più la tende ad aumentare. Si raggiungerà una condizione di equilibrio quando la sarà uguale alla . In questa condizione si ha che le molecole che evaporano sono uguali alle molecole che consensano. In pratica, le molecole che si trovano in V restano costanti: ho il vapore saturo. Se ci troviamo in condizioni di eqilibrio, sarà ovvio che la pressione misurata da P non potrà aumentare, tale valore prende il nome di tensione di vapore saturo (o, semplicemente, tensione di vapore p).
Conclusioni analitiche. Facendo un pò di conti si ha che:
(6)
;
(7);
(8) siccomesi ha che
;
(9);
(10);
Osservazioni. Dalle relazioni analitiche, possiamo dire che la tensione di vapore varia in modo esponenziale con la temperatura, essendo C1 costante. Inoltre, è fondamentale la condizione di equilibrio L-V.
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