Punto di ebollizione e pressione: cosa, come, relazione, effetti e fatti dettagliati

Questo articolo discute di relazione tra punto di ebollizione e pressione. Tra noi c'è l'idea sbagliata che il punto di ebollizione sia correlato solo alla temperatura. Ma è soprattutto la pressione la causa dell'ebollizione.

L'ebollizione del liquido inizia quando la pressione del vapore del liquido inizia a toccare il valore della pressione ambiente o circostante. La pressione alla quale avviene l'ebollizione è chiamata pressione di saturazione. La pressione del liquido continua ad aumentare con l'aumentare della temperatura. Studieremo di più su questa relazione in questo articolo.

Cos'è la pressione parziale?

In parole semplici parziale pressione è definita come la pressione esercitata da un certo tipo di molecole liquide in una miscela.

Questa pressione è esattamente la stessa pressione che le molecole liquide avrebbero dovuto esercitare se queste fossero le uniche molecole ad occupare l'intero volume. Il termine di pressione parziale entra in gioco quando nel sistema sono presenti più tipi di molecole liquide.

Cos'è la pressione del vapore?

La pressione di vapore è la pressione esercitata dalle molecole liquide quando stanno per trasformarsi in molecole gassose.

La pressione del vapore aumenta con la temperatura. La superficie del liquido inizia a bollire quando la pressione del vapore superficiale è uguale alla pressione ambiente. L'atmosfera esercita una certa pressione sul liquido, quando questo valore di pressione atmosferica viene raggiunto dalla pressione di vapore, inizia a verificarsi l'ebollizione. 

In che modo la pressione influisce sul punto di ebollizione?

La pressione, come discusso sopra, è uno dei fattori più importanti che influenza direttamente il punto di ebollizione di qualsiasi liquido.

Per l'ambiente circostante, se la pressione circostante è molto alta, ci vorrà più tempo e più calore prima che il liquido raggiunga il valore di pressione ambiente e quindi il punto di ebollizione del liquido sarà maggiore. Quando la pressione ambiente è bassa, il liquido raggiungerà presto il valore della pressione ambiente. In questo caso, il punto di ebollizione sarà inferiore rispetto al punto di ebollizione in ambienti ad alta pressione.

Punto di ebollizione e rapporto di pressione

Ora abbiamo una visione chiara di come la pressione influenzi il valore del punto di ebollizione. Il principale fattore che influenza il punto di ebollizione è la pressione atmosferica. (Sebbene anche la temperatura svolga un ruolo attivo)

Concentreremo la nostra discussione su relazione tra pressione e punto di ebollizione soltanto. Supponiamo che la velocità di trasferimento del calore sia costante. In questo modo le molecole liquide si riscalderanno lentamente con conseguente aumento della loro pressione di vapore. Quando il vapore tocca la pressione ambiente, il liquido inizierà a bollire.

punto e pressione di ebollizione
Immagine: bollente

Immagine crediti: utente: Markus SchweissKochendes wasser02CC BY-SA 3.0

Equazione del punto di ebollizione e della pressione

L'equazione che disegna la relazione tra punto e pressione di ebollizione numericamente è chiamata equazione di Clausius-Clapeyron.

L'equazione di Clausius-Clapeyron è data sotto-

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Il punto di ebollizione aumenta con la pressione?

All'aumentare della pressione ambiente, aumenta anche il punto di ebollizione, ma solo fino al punto critico.

È il punto in cui le proprietà di entrambe le fasi, cioè liquido e gas, sono esibite dalla sostanza. Approfondiremo il punto critico nelle sezioni successive di questo articolo. Inoltre, possiamo notare questo fatto che l'ebollizione punto del liquido diminuisce quando la pressione diminuisce fino al raggiungimento del punto triplo.

Come aumenta il punto di ebollizione con la pressione?

Il punto di ebollizione può essere definito come il valore della temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido diventa uguale alla pressione ambiente. Questo valore di temperatura dipende dalla pressione ambiente.

Se la pressione ambiente è maggiore, la pressione di vapore del liquido impiega più tempo per raggiungere il valore di pressione ambiente. La fonte di calore fornisce costantemente calore al liquido per aumentarne la pressione. Quando la pressione esterna sarà maggiore, anche il tempo di ebollizione sarà maggiore.

Come fa l'acqua a bollire a bassa pressione?

A basse pressioni, l'acqua inizia a bollire in brevissimo tempo. Questo perché il tempo necessario affinché la tensione di vapore raggiunga il valore della pressione ambiente è inferiore.

Un esempio notevole è che il cibo viene cucinato molto velocemente in montagna. Questo perché la pressione ambiente è molto inferiore rispetto alla pressione al livello del mare. Il liquido impiega più tempo a bollire quando è al livello del mare. 

L'acqua bolle più velocemente ad alta o bassa pressione?

Abbiamo discusso rigorosamente circa l'effetto di pressione sul punto di ebollizione. Ci viene reso molto chiaro che l'acqua inizierà a bollire più velocemente a pressioni più basse.

Il motivo è lo stesso di cui sopra. Cioè, il tempo necessario affinché la pressione del vapore raggiunga il valore della pressione ambiente è inferiore. L'acqua inizia a bollire quando la pressione del vapore raggiunge il valore della pressione ambiente.

Fattori che influenzano il punto di ebollizione

Abbiamo discusso molte cose su ciò che influenza il punto di ebollizione. Cerchiamo di avere una visione più dettagliata di questi fattori.

I fattori che influenzano il punto di ebollizione sono riportati di seguito-

  • Temperatura– La temperatura è responsabile dell'aumento o della diminuzione della tensione di vapore del liquido. Quando la temperatura è alta, la tensione di vapore aumenta e allo stesso modo, quando la pressione è bassa, la pressione di vapore diminuisce.
  • Pressione del vapore– Quando la pressione del vapore raggiunge il valore della pressione ambiente, il liquido inizia a bollire. La pressione esercitata dal liquido quando sta per cambiare fase è chiamata fase vapore.  
  • Pressione atmosferica– Come suggerisce il nome, la pressione atmosferica è la pressione esercitata dall'atmosfera. La pressione atmosferica gioca un ruolo molto importante nel determinare il punto di ebollizione della sostanza. Se la pressione esercitata dall'atmosfera è minore allora sarà minore anche il punto di ebollizione e d'altra parte il punto di ebollizione sarà maggiore se la pressione esercitata dall'atmosfera sarà maggiore.

Qual è il punto critico?

In poche parole, il punto critico di una sostanza è quel punto in cui le proprietà del liquido come densità, temperatura, pressione ecc. sono uguali a quelle del suo stesso stato gassoso.

Questo può essere detto come uno stato di equilibrio in cui la sostanza esiste sia nella fase liquida che in quella gassosa. Le molecole mostrano proprietà sia dei liquidi che dei gas allo stesso tempo.

Cosa succede al punto critico?

Quando la temperatura del liquido aumenta, la densità del liquido diminuisce e contemporaneamente la densità del gas inizia ad aumentare.

Quando le densità del liquido e del gas diventano uguali, il punto particolare viene chiamato punto critico. Qui la sostanza mostra sia le proprietà della fase gassosa che quella liquida.