In questo articolo discuteremo della relazione tra punto di ebollizione e pressione di vapore.
Il punto di ebollizione di una sostanza dipende dalla pressione del sistema e la tensione di vapore di una sostanza dipende dalla temperatura del sistema.
Ai tempi della scuola primaria il nostro libro di testo di scienze ci insegnava che l'acqua bolle a 100 gradi Celsius. Quando siamo arrivati alle classi superiori, abbiamo appreso che l'acqua bolle a 100 gradi Celsius a pressione atmosferica al livello del mare e il punto di ebollizione diminuisce man mano che saliamo in quota.
Questo spiega principalmente il fenomeno di dipendenza del punto di ebollizione dalla pressione.
Allora, cosa bolle? Fisicamente è il fenomeno della trasformazione del liquido in vapore. Per capire l'ebollizione in un modo più geek, dobbiamo capire l'altro termine che è la pressione del vapore. La pressione del vapore è la pressione esercitata da qualsiasi liquido sulla sua superficie a una determinata temperatura.
Questa pressione di vapore aumenta all'aumentare della temperatura del liquido. È nota la temperatura alla quale la pressione del vapore e la pressione totale del sistema sono uguali Punto di ebollizione di una sostanza.
La pressione del vapore è uguale al punto di ebollizione?
No, pressione di vapore e punto di ebollizione non sono uguali ma la pressione del vapore è specifica per un liquido e la stessa varia con la temperatura. A causa dello stesso punto di ebollizione è specifico anche per un liquido.
Liquidi diversi esercitano pressioni di vapore diverse a una determinata temperatura. La pressione di vapore esercitata da un liquido dipende dalle forze intermolecolari presenti tra le molecole costituenti del liquido.
Ad una certa temperatura, per forze intermolecolari inferiori tra le molecole di un liquido risulta una maggiore pressione di vapore esercitata dal liquido. SE la pressione del vapore a una particolare temperatura è maggiore, il punto di ebollizione del liquido sarà inferiore. Quindi, si può concludere che sebbene la pressione del vapore e il punto di ebollizione non siano gli stessi, sono interconnessi e sono specifici di un liquido.
Che cos'è il punto di ebollizione e la pressione del vapore?
L'ebollizione è caratterizzata da una vigorosa evaporazione del liquido in vapore, quando la pressione di vapore del liquido raggiunge la pressione del liquido sopra di esso, che è anche chiamata pressione di sistema.
In condizioni atmosferiche, il punto di ebollizione è anche chiamato punto di ebollizione normale. Una volta iniziata l'ebollizione, la temperatura rimane costante se la pressione sopra la superficie del liquido viene mantenuta costante fino a quando tutto il liquido non è evaporato.
Come mostrato nell'immagine sotto, le molecole in un liquido contenuto in un recipiente sono in costante movimento. Alcune delle molecole sfuggono alla superficie del liquido nell'atmosfera e alcune reagiscono dall'atmosfera al liquido.
Ad una particolare temperatura, si forma l'equilibrio tra le molecole che fuoriescono dal liquido sfuso e quelle che tornano al liquido sfuso.
La quantità di molecole che rimangono nello spazio di vapore a una particolare temperatura dipende dalle forze intermolecolari del liquido. Queste molecole che rimangono nello spazio di vapore sopra il liquido creano la pressione di vapore del liquido.
Effetto della pressione del vapore sul punto di ebollizione
La pressione del vapore è inversamente proporzionale al punto di ebollizione di un liquido.
Quando la pressione del vapore si abbassa, il punto di ebollizione aumenta poiché è necessaria più energia per vaporizzare la quantità necessaria di solvente per raggiungere la pressione del sistema. Per un liquido particolare, la pressione del vapore dipende dallo spazio disponibile per le molecole di solvente per fuoriuscire dal liquido sfuso all'interfaccia liquido-vapore.
Se più solido viene disciolto nel liquido come in una soluzione di zucchero, all'interfaccia vapore-liquido sarebbe disponibile meno spazio per la fuga delle molecole di solvente nello spazio vapore e quindi viene esercitata una pressione di vapore inferiore.
Ciò comporta la richiesta di una maggiore energia per ottenere la stessa pressione di vapore rispetto al solvente puro, portando a un punto di ebollizione normale più elevato.
Relazione tra punto di ebollizione e pressione
Una pressione del sistema più alta determina un punto di ebollizione più alto e una pressione del sistema più bassa determina un punto di ebollizione più basso, cioè il sistema la pressione è direttamente proporzionale al punto di ebollizione.
Se la pressione del sistema è maggiore, sarebbe necessaria più energia per creare una pressione di vapore equivalente alla pressione del sistema. Allo stesso modo, se la pressione del sistema è inferiore, il punto di ebollizione viene raggiunto a una temperatura inferiore poiché la richiesta di pressione del vapore è inferiore.
Ciò può anche essere spiegato dal cambiamento del punto di ebollizione dell'acqua con la differenza di elevazione. Come mostrato di seguito, l'acqua bolle a 100°C al livello del mare a una pressione di 1 atmosfera.
Ma mentre saliamo in cima a una collina, la pressione atmosferica diminuisce e l'acqua bolle a una temperatura più bassa. Per lo stesso motivo, una persona che cuoce il riso in un recipiente aperto avrebbe bisogno di più tempo per cucinare poiché la cottura avviene a temperature più basse.
Se invece la cottura viene effettuata in un sistema a pressione come quello della pentola a pressione, la cottura è molto più veloce in quanto l'ebollizione avviene a temperatura più elevata.
Perché il punto di ebollizione e la pressione del vapore sono inversamente correlati?
Il punto di ebollizione e la pressione di vapore sono inversamente correlati perché sarà necessaria una maggiore energia per vaporizzare una quantità sufficiente di liquido in fase gassosa e produrre una pressione di vapore equivalente alla pressione del sistema (pressione atmosferica se il recipiente è aperto all'atmosfera) raggiungendo così il punto di ebollizione.
La pressione del vapore sarà inferiore per i liquidi che hanno forze intermolecolari maggiori e viceversa. Quindi un liquido con una pressione di vapore inferiore a una particolare temperatura richiederebbe un fabbisogno energetico maggiore per superare il forze intermolecolari in forma liquida e fuga in vapore rispetto ai liquidi con pressioni di vapore più elevate.
Allo stesso modo, se la pressione di vapore di un solvente viene abbassata aggiungendo soluti al suo interno, riducendo così la superficie esposta nell'interfaccia vapore-liquido, l'energia richiesta per vaporizzare aumenta. Ciò porta ad un innalzamento del punto di ebollizione della soluzione così formata.
Cosa influenza la pressione del vapore?
La pressione del vapore per un liquido particolare dipende dalla sua temperatura
La pressione del vapore di liquidi diversi è diversa per una particolare temperatura. Di seguito è mostrata la pressione di vapore di pochi liquidi a 25°C.
| sostanza | tensione di vapore a 25oC |
| etere dietilico | 70 kpa |
| bromo | 30 kpa |
| acqua | 3 kpa |
La pressione del vapore è diversa per le diverse sostanze perché questi liquidi hanno forze intermolecolari diverse. In generale, i liquidi di densità inferiore, che avranno dimensioni molecolari inferiori e quindi forze intermolecolari inferiori hanno una pressione di vapore più elevata a una particolare temperatura.
Se la temperatura viene aumentata in un sistema, l'energia cinetica delle molecole aumenta, di conseguenza le molecole si muovono rapidamente e un numero maggiore di molecole sfugge alla forma di vapore. In questo modo la pressione del vapore aumenta all'aumentare della temperatura.
La pressione del vapore, tuttavia, non è influenzata dalla forma o dalle dimensioni del recipiente in cui è conservato il liquido. Nemico esempio, un liquido in una verticale nave o un recipiente orizzontale deve avere la stessa tensione di vapore.
Quali sono le cause dell'aumento della pressione del vapore?
La pressione del vapore aumenta con l'aumento della temperatura.
Il vapore è sempre in equilibrio con la superficie del liquido sottostante. Il numero di molecole in forma di vapore dipende dall'energia cinetica delle singole molecole, che determina la loro probabilità di esistere in forma di vapore o liquido.
Per un particolare liquido, se la temperatura viene aumentata, l'energia cinetica delle molecole nel liquido aumenta, rendendone un maggior numero idonee a superare le forze intermolecolari ed esistere in forma di vapore.
Un numero maggiore di molecole in forma di vapore aumenta la pressione del vapore. Un tipico cambiamento della pressione di vapore dell'acqua con la temperatura è mostrato nell'immagine sottostante.
Fattori che influenzano il punto di ebollizione
I fattori che influenzano il punto di ebollizione sono la pressione, le impurità nel liquido e le forze intermolecolari liquide.
Se la pressione del sistema è maggiore, sarebbe necessario più calore per aumentare la pressione di vapore del liquido raggiungere la pressione del sistema. L'impatto del punto di ebollizione sulla pressione esterna dell'acqua è mostrato dalla curva sottostante.
Se consideriamo un solvente puro e lo stesso soluto con impurità, il punto di ebollizione del solvente puro è sempre inferiore. È perché più superficie disponibile per un solvente puro affinché il vapore sfugga allo stato liquido rispetto al soluto con impurità, dove sono occupati alcuni dei siti nell'interfaccia del vapore liquido.
Un liquido con molecole più grandi con forze intermolecolari più elevate avrà un punto di ebollizione più alto. Questo perché meno vapore può liberarsi sopra la superficie del liquido superando le forze intermolecolari a una particolare temperatura rispetto al liquido con molecole costituenti più piccole aventi forze intermolecolari inferiori.
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Sono Sangeeta Das. Ho completato il mio Master in Ingegneria Meccanica con specializzazione in Motori IC e Automobili. Ho circa dieci anni di esperienza nell'industria e nel mondo accademico. La mia area di interesse comprende motori IC, aerodinamica e meccanica dei fluidi. Puoi contattarmi a