La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore di una sostanza quando è in equilibrio con la propria fase condensata alla stessa temperatura. Per un liquido puro in un recipiente chiuso:
In queste condizioni il numero di molecole che evaporano e quello di molecole che condensano si bilanciano in media. La tensione di vapore è quindi una grandezza di equilibrio, non una misura diretta della velocità di evaporazione.
Dipendenza dalla temperatura
La tensione di vapore aumenta con la temperatura. La relazione quantitativa, per equilibrio liquido-vapore con vapore circa ideale, è descritta dall’equazione di Clausius-Clapeyron:
Se \Delta H_{\mathrm{vap}} è circa costante:
La temperatura di ebollizione normale è la temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido uguaglia la pressione esterna standard:
Lettura fisica
| Situazione | Interpretazione |
|---|---|
| \displaystyle P_{\mathrm{sat}} alta | il liquido è volatile alla temperatura considerata |
| aumento di temperatura | cresce la frazione di molecole in grado di lasciare la fase liquida |
| pressione esterna minore | l’ebollizione avviene a temperatura più bassa |
| pressione locale sotto \displaystyle P_{\mathrm{sat}} | possono formarsi bolle di vapore nel liquido |
Quest’ultimo caso è il criterio di base della cavitazione: se in una pompa, valvola o elica la pressione statica locale scende sotto la tensione di vapore del liquido, si formano cavità di vapore che possono collassare in zone a pressione maggiore.
Soluzioni e miscele
Per una soluzione ideale, la legge di Raoult lega la pressione parziale del componente i alla sua frazione molare nel liquido:
Dove P_i^* è la tensione di vapore del componente puro alla stessa temperatura. Per soluti molto diluiti, invece, si usa spesso la legge di Henry.
Errori comuni
- Confondere tensione di vapore e pressione atmosferica: coincidono solo alla temperatura di ebollizione per quella pressione esterna.
- Dire che la tensione di vapore misura quanto velocemente evapora un liquido: misura l’equilibrio, non la cinetica.
- Usare gradi Celsius nelle formule termodinamiche al posto dei kelvin.
- Trascurare che in una miscela le pressioni parziali dipendono da composizione e non solo dalla temperatura.
Vedi anche: Vapore, Equazione di Clausius-Clapeyron, Diagramma di fase, Legge di Raoult, Cavitazione.