11.7:

11.7: Transizioni di fase: vaporizzazione e condensazione

Phase Transitions: Vaporization and Condensation

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Chemistry

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Phase Transitions: Vaporization and Condensation

11.6: Phase Transitions

11.8: Vapor Pressure

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02:39 min

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September 24, 2020

Overview

La forma fisica di una sostanza cambia cambiando la sua temperatura. Ad esempio, l’aumento della temperatura di un liquido fa vaporizzare il liquido (convertirlo in vapore). Il processo è chiamato vaporizzazione, un fenomeno superficiale. La vaporizzazione avviene quando il moto termico delle molecole supera le forze intermolecolari e le molecole (in superficie) fuorievengono nello stato gassoso. Quando un liquido vaporizza in un contenitore chiuso, le molecole di gas non possono fuoriuscire. Man mano che queste molecole di fase gassosa si muovono casualmente, occasionalmente collidono con la superficie della fase condensata, e in alcuni casi, queste collisioni faranno rientrare le molecole nella fase condensata. Il passaggio dalla fase gassosa al liquido è chiamato condensa.

La vaporizzazione è un processo endotermico. L’effetto rinfrescante è evidente dopo una nuotata o una doccia. Quando l’acqua sulla pelle evapora, rimuove il calore dalla pelle e raffredda la pelle. Il cambiamento di energia associato al processo di vaporizzazione è l’entalpia di vaporizzazione, ΔH_vap. Ad esempio, la vaporizzazione dell’acqua a temperatura standard è rappresentata da:

Il contrario di un processo endotermico è esotermico. E così, la condensa di un gas rilascia calore:

La vaporizzazione e la condensazione sono processi opposti; di conseguenza, i loro valori di entalpia sono identici ai segni opposti. Mentre l’entalpia della vaporizzazione è positiva, l’entalpia della condensa è negativa.

Diverse sostanze vaporizzano in misura diversa (a seconda dei punti di forza dei loro IMF) e quindi mostrano diverse entalpia di valori di vaporizzazione. Forze attrattive intermolecolari relativamente forti tra molecole si traducono in una maggiore entalpia di valori di vaporizzazione. Le deboli attrazioni intermolecolari presentano meno di una barriera alla vaporizzazione, producendo valori relativamente bassi di entalpie di vaporizzazione.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Sezione 10.3: Phase Transitions.

Transcript

In un liquido, quando i moti termici delle molecole superano le forze intermolecolari che le tengono insieme, le molecole si liberano ed entrano nello stato gassoso. Questa transizione da liquido a gas è nota come vaporizzazione, e può avvenire in due condizioni:non ebollizione o ebollizione. In condizioni di non ebollizione, la vaporizzazione avviene solo in superficie e al di sotto del punto di ebollizione del liquido.

Questa si chiama evaporazione superficiale e si verifica senza la formazione di bolle di vapore nel liquido sfuso. Al contrario, se la vaporizzazione avviene al punto di ebollizione del liquido, si formano bolle di vapore nel liquido sfuso, e il processo è chiamato ebollizione. L’ebollizione non è un fenomeno superficiale, e si verifica in tutti i punti all’interno del liquido.

La vaporizzazione è un processo endotermico dipendente dalla temperatura:maggiore è il calore fornito, maggiore è la velocità di vaporizzazione. La quantità di energia richiesta per vaporizzare una mole di un liquido è detta calore molare di vaporizzazione o entalpia molare di vaporizzazione. Poiché la vaporizzazione è un processo endotermico, il suo valore di entalpia è sempre positivo.

Le forze intermolecolari influenzano l’entalpia molare della vaporizzazione. Per esempio, a causa della forte rete di legami idrogeno fra le molecole d’acqua, una mole di acqua richiede una notevole quantità di energia termica circa 40, 65 kilojoule per trasformarsi in vapore acqueo. In confronto, le forze dipolo-dipolo più deboli fra le molecole di acetone possono essere superate con solo 31, 3 kilojoule per mole di energia termica.

Il contrario della vaporizzazione, cioè il passaggio da gas a liquido, è detto condensazione. Quando le molecole di gas entrano in collisione con superfici solide o liquide più fredde, perdono calore. Più collisioni comportano una significativa perdita di calore, e le molecole alla fine si condensano.

La condensazione è, quindi, un processo esotermico. Sebbene l’entalpia di condensazione sia negativa, la sua grandezza è la stessa dell’entalpia di vaporizzazione. Quando le transizioni opposte vaporizzazione e condensazione avvengono in un sistema chiuso, il sistema raggiunge uno stato di equilibrio dinamico detto equilibrio vapore-liquido.

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Transizioni di fase Vaporizzazione Condensazione Da liquido a gas Non bollente Ebollizione Evaporazione superficiale Bolle di vapore Dipendente dalla temperatura Processo endotermico Calore molare di vaporizzazione Entalpia molare di vaporizzazione Forze intermolecolari Legami idrogeno Energia termica Vapore acqueo Forze dipolo-dipolo Molecole di acetone