Volume 1

MODULO D 3 Lo stato liquido In questo caso le interazioni esistenti tra le particelle che compongono la sostanza sono tali da consentire lo scorrimento delle une sulle altre; risentono però al tempo stesso di una intensa forza attrattiva che non consente loro di separarsi dall intera massa. Evaporazione e tensione di vapore Abbiamo già spiegato che fornendo calore ad un liquido si passa allo stato aeriforme quando si raggiunge la temperatura di ebollizione, mentre sottraendo calore si arriva alla fase solida quando si raggiunge il punto di solidificazione. Il passaggio allo stato aeriforme può avvenire anche se non si raggiunge la temperatura di ebollizione: in questo caso si parla di evaporazione ed il fenomeno interessa solo lo strato di molecole superficiali, non l intera massa di liquido (Fig. 9.15). In un liquido infatti non tutte le molecole hanno la stessa energia cinetica, ma alcune hanno energia cinetica superiore alla media, mentre altre hanno energia cinetica inferiore alla media. Quando le molecole superficiali acquistano una energia cinetica tale da potersi liberare dall intera massa del liquido. Possiamo facilmente osservare questo fenomeno lasciando un bicchiere di acqua sul davanzale della finestra per qualche giorno. Ovviamente il processo sarà facilitato da una temperatura ambientale elevata, che consentirà alle molecole di acquistare maggiore energia cinetica, e da una buona ventilazione che favorirà l allontanamento delle particelle aeriformi. Trascorso un certo periodo di tempo noteremo che tutta l acqua del bicchiere è evaporata. Mettiamo ora il bicchiere pieno di acqua sotto una campana di vetro e osserviamo che dopo una iniziale diminuzione di volume del liquido non si verificano più ulteriori variazioni. Come si spiega che ad un certo punto l evaporazione si arresti? Le molecole che si sono liberate rimangono nella campana e non possono ulteriormente allontanarsi, ma collidere tra loro e tornare allo stato liquido. Si raggiunge così una situazione di equilibrio dinamico tale per cui la velocità di evaporazione uguaglia quella di condensazione, questo avviene perché le molecole aeriformi esercitano sul liquido una pressione detta tensione di vapore che è specifica per ogni liquido e dipende dalla temperatura. Quindi, liquidi formati da molecole unite da scarsa interazione tenderanno ad evaporare molto facilmente ed avranno valori di tensione di vapore elevati, al contrario di liquidi le cui particelle sono unite da forze consistenti che avranno difficoltà ad evaporare e saranno caratterizzati da bassi valori di tensione di vapore (Tab. 9.2). Temperatura 0 °C 20 °C 40 °C 60 °C 80 °C 100 °C Acqua 4,6 17,5 55,3 149,4 355,1 760,0 Alcol mm Hg " " " " " 12,2 43,9 135,3 352,7 812,6 1693,3 Figura 9.15. Valle nella nebbia. Anche a temperatura ambiente alcune molecole d acqua dispongono di energia cinetica sufficiente per evaporare e disperdersi nell ambiente che, una volta saturo a seconda della temperatura e della pressione, comporta la condensazione e la formazione della nebbia. Etere mm Hg " " " " " 185,3 442,2 921,1 1730,0 2993,6 4589,4 Tabella 9.2. Tensione di vapore (mm Hg) di alcune sostanze a diverse temperature. Dai dati riportati nella tabella possiamo osservare che la tensione di vapore cresce con l aumentare della temperatura. Quando si raggiunge la temperatura di ebollizione l intera massa del liquido bolle. Questo avviene quando la tensione di vapore uguaglia la pressione atmosferica. Infatti l acqua bolle a 100 °C a livello del mare alla pressione di una atmosfera, in montagna bolle a temperature inferiori in quanto la pressione atmosferica è minore. 9. 4 Lo stato gassoso Iniziamo col definire i termini di volume , temperatura e pressione , necessari per descrivere il comportamento dei gas. 125 U. 9 - Gli stati di aggregazione della materia 9.