Vaporizzazione e condensazione

La vaporizzazione è un passaggio di stato che consiste nella trasformazione di una specie dallo stato liquido a quello aeriforme.

Quando un liquido è presente in un contenitore chiuso si verifica una evaporazione di una parte di esso. Le molecole allo stato di vapore si muovono in modo casuale all’interno del contenitore.

Esse possono quindi collidere con la superficie della fase condensata e, in alcuni casi, possono passare allo stato liquido tramite un passaggio di stato noto come condensazione.

Quando la velocità con cui le molecole allo stato di vapore condensano è uguale alla velocità con cui le molecole in fase liquida evaporano non si ha variazione della fase liquida e della fase di vapore all’interno del contenitore.

Si verifica quindi un equilibrio dinamico analogo a quello che si verifica in una reazione reversibile quando la velocità di formazione della reazione diretta è pari a quella della reazione inversa.

Tensione di vapore

La pressione esercitata dal vapore in equilibrio con il liquido è detta pressione o tensione di vapore.

La superficie della fase liquida, la forma e la dimensione del contenitore non influenzano la pressione di vapore ma solo il tempo in cui viene raggiunto l’equilibrio.

A seconda della specie presente nella fase liquida vi sono vari tipi di interazioni intermolecolari che compostano diverse tensioni di vapore.

Forze intermolecolari

Se sono presenti forze intermolecolari forti la vaporizzazione avviene in misura minore rispetto a quanto avviene se le forze intermolecolari sono deboli; nel primo caso quindi la tensione di vapore è minore rispetto a quanto si verifica nel secondo caso.

Si considerino ad esempio due composti isomeri ovvero il dimetiletere CH₃OCH₃ e l’etanolo CH₃CH₂OH.

Nel caso del dimetiletere le uniche forze intramolecolari presenti sono le forze di dispersione di London mentre nel caso dell’etanolo sono presenti legami a ponte di idrogeno che sono molto più forti.

Il dimetiletere quindi tenderà a dar luogo a vaporizzazione in quantità maggiore rispetto all’etanolo. Ciò implica che la tensione di vapore del dimetiletere è maggiore rispetto a quella dell’etanolo. Specie come il dimetiletere in cui sono presenti deboli forze intermolecolari sono dette volatili.

Un aumento della temperatura comporta un aumento dell’energia cinetica media delle molecole. Pertanto una quantità maggiore di essere ha l’energia sufficiente a passare allo stato di vapore con conseguente aumento della tensione di vapore.

In un contenitore aperto si verifica l’ebollizione di un liquido quando la sua tensione di vapore è uguale alla pressione esercitata sul liquido dall’ambiente. I valori delle temperature di ebollizione dei vari liquidi sono calcolati quando la pressione esterna è pari a 1 atm ovvero a 101.3 kPa.