CAMBIAMENTI DI STATO

 

IL RUOLO DELLA DENSITA' E DELLA PRESSIONE NELLA CONDENSA-ZIONE, EBOLLIZIONE E SUBLIMA-ZIONE

Adesso aplichiamo ciò che abbiamo imparato nel paragrafo precedente per comprendere i fenomeni dela condensazione, dell'ebollizione e della saturazione.

 

CONDENSAZIONE E DENSITA' DI SATURAZIONE

A lezione abbiamo detto che, fissata la temperatura di un gas, esiste un valore della densità che esso non può superare. Tale valore, chiamato densità di saturazione, è la massima densità che un gas può raggiungere, oltre la quale esso si liquefà. Vediamo perchè ciò accade.

La densità di saturazione rappresenta il valore della concentrazione del gas che fa sì che la velocità di aggregazione delle molecole per formare il liquido sia uguale alla velocità di evaporazione che distrugge il liquido formato (equilibrio dinamico). Se la densità scende al di sotto del valore saturo l'evaporazione è più rapida dell'aggregazione e il vapore non può condensare; se il gas dovesse essere compresso oltre la densità di saturazione il vapore in eccesso inizia a condensare diventando liquido. (Non hai ben chiaro cosa sia l'equilibrio dinamico e cosa c'entri con la condensazione? Leggi qua cosa scrive il Professore!)

 

EBOLLIZIONE E PRESSIONE DI SATURAZIONE

   Pressione di saturazione

Si chiama pressione di saturazione la pressione di un gas alla densità di saturazione. E' chiaro che, fissata la temperatura, la pressione di saturazione è la massima possibile per il gas. Infatti, fissata la temperatura, non è possibile comprimere il gas oltre la densità di saturazione e perciò non è possibile aumentare la sua pressione oltre la pressione di saturazione.

Una conseguenza di questo è che un gas non può resistere ad una pressione esterna maggiore di quella di saturazione. (Non hai chiaro questo concetto? Attento, è fondamentale! Leggi l'esempio che ti fa il Professore). Questo è il concetto base per comprendere l'ebollizione.

   Il perché dell'ebollizione

Adesso siamo in grado di capire perché l'acqua bolle a 100°C. Abbiamo già detto che in ogni parte del liquido si formano continuamente delle bolle di vapore. Esse al massimo possono raggiungere la pressione di saturazione. Supponiamo che una bolla di vapore si formi con acqua a 60°C. Osservando la tabella 6.3 pag. 131 possiamo vedere che la pressione di saturazione è di 19.900 Pa, cioè 0,199 atm circa. Per quello che abbiamo detto finora, questa è la massima pressione che la bolla di vapore può sopportare. Ma all'esterno c'è la pressione dell'aria, che è 1 atm! Questa pressione è circa 5 volte maggiore di quella della bolla, che perciò viene miseramente schiacciata e ritrasformata in liquido. L'ebollizione a 60°C è perciò impossibile.

Supponiamo adesso che l'acqua abbia una temperatura di 100°C. La pressione di saturazione è proprio 1 atm! La bolla di vapore adesso ha una pressione proprio uguale a quella atmosferica e può sostenere la pressione esterna. Dunque, l'acqua bolle a 100 °C perché le bolle di gas che si formano al suo interno riescono a raggiungere una pressione uguale a quella esterna e non vengono più schiacciate.

Più in generale: un liquido bolle quando la sua pressione di saturazione è uguale a quella esterna.

Trasformiamo questa affermazione per quanto riguarda la temperatura: un liquido bolle quando la sua temperatura è tale da avere una pressione di saturazione uguale a quella esterna.

Vuoi leggere qualche esempio che ti fa al riguardo il Professore? Clicca qua!

 

SUBLIMAZIONE DA SOLIDO A GAS

Che paura! Cosa ci sarà dietro la nebbia?

Tutti voi avrete visto un film dell'horror, quando la nebbia sale e il mostro cattivo (sicuramente un Prof impazzito) aspetta i pargoli ignari armato di accetta dietro di essa... Ma come mai c'è sempre la nebbia quando si girano le scene ? Si aspetta magari per un mesetto che nasca da sola? No di certo! Se non c'è si crea. Uno dei metodi più semplici e meno costosi per ottenere nebbia artificiale è far sublimare dell'anidride carbonica ghiacciata (ghiaccio secco), cioè farla passare da solido a vapore senza formazione di liquido. Ma come è possibile questo tipo di trasformazione? Vediamo in dettaglio cosa accade con l'acqua, sempre con l'ausilio della tabella 6.3 pag. 131.

Abbiamo già detto che la sublimazione si ha quando la pressione è tale che il liquido inizia a bollire alla temperatura di solidificazione. Abbiamo anche detto che per l'acqua ciò accade ad una pressione di 600 Pa. Vediamo adesso il perché. Osserviamo la tabella 6.3 pag. 131. Possiamo notare che per T=0°C l'acqua ha una pressione di saturazione di 600 Pa. Ciò significa che a 0°C le bolle di vapore possono raggiungere una pressione di 600 Pa. Se la pressione esterna viene ridotta fino a 600 Pa l'acqua bolle anche a 0°C! Se c'è del ghiaccio che sta fondendo, l'acqua che si è formata dallo scioglimento del ghiaccio bolle immediatamente trasformandosi in vapore. In altre parole, il solido passa alla fase di vapore senza passare da quella di liquido.

Possiamo generalizzare: si ha la sublimazione solido-gas quando la pressione di saturazione alla temperatura di fusione è uguale o maggiore di quella esterna. Per l'anidride carbonica la temperatura di fusione è -60°C circa e la sua pressione di saturazione per T=-60°C è 5 atm circa (cioè il vapore di anidride carbonica alla temperatura di -60°C riesce a raggiungere una pressione massima di circa 5 atm). Supponiamo di avere un blocchetto di anidride carbonica solida (ghiaccio secco) esposto all'aria. Appena inizia a sciogliersi, subito le bolle di vapore all'interno del liquido si espandono (5 atm del vapore contro 1 atm dell'aria che preme) e il liquido bolle istantaneamente. Dunque, l'anidride carbonica sublima invece di liquefarsi.