Tensione di vapore: forze intermolecolari, temperatura

La pressione del vapore formatosi dell’evaporazione del liquido o dalla sublimazione del solido in equilibrio con la fase condensata è detta tensione di vapore.

Si consideri un liquido o un solido che dà luogo a evaporazione o  a sublimazione contenuto in un recipiente chiuso.
L’equilibrio termodinamico si verifica quando la velocità di evaporazione del liquido è pari alla velocità di condensazione del vapore e pertanto la quantità di vapore e di liquido presenti nel contenitore rimane invariata nel tempo.

Fattori 

  • Forze intermolecolari

Quando le forze intermolecolari sono elevate le molecole tenderanno poco a passare allo stato di vapore mentre quando sono deboli le molecole tenderanno a passare allo stato di vapore.

Ad esempio l’etere dimetilico CH3CH2OCH2CH3 in cui sono presenti deboli forze dipolo-dipolo e forze di dispersione di London ha una tensione di vapore a 25 °C di 520 torr.

Al contrario l’etanolo CH3CH2OH in cui sono presenti legami a idrogeno ha una tensione di vapore a 25 °C di 75 torr.

  • Temperatura

All’aumentare della temperatura un numero maggiore di molecole ha energia sufficiente per passare allo stato di vapore con conseguente aumento del suo valore.

Tuttavia l’aumento  non è direttamente proporzionale all’aumento di temperatura in accordo con l’equazione di Clausius-Clapeyron.

Water vapor pressure graph da Chimicamo

Tensione di vapore e temperatura di ebollizione

Se il liquido si trova in un contenitore aperto la tensione di vapore può essere vista come la pressione parziale del gas presente nell’aria.

La temperatura alla quale essa è uguale rispetto alla pressione atmosferica corrisponde alla temperatura di ebollizione. Per l’acqua alla pressione di 1 atm è di 100 °C.
Poiché aumenta con la temperatura se la pressione è maggiore di 1 atm come accade, ad esempio, in una pentola a pressione la temperatura di ebollizione è maggiore di 100 °C.

Se la pressione è minore di 1 atm come accade, ad esempio ad elevate altitudini la temperatura di ebollizione è minore di 100 °C.
Specie che hanno una elevata tensione di vapore hanno una bassa temperatura di ebollizione: l’etere dimetilico infatti ha una temperatura di ebollizione di 34.6 °C.

Specie che hanno una bassa tensione di vapore hanno una maggiore temperatura di ebollizione: l’etanolo infatti ha una temperatura di ebollizione di 78.4 °C.

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