Brinamento
Passaggi di stato: il brinamento
Il brinamento è il passaggio diretto di una sostanza dallo stato aeriforme allo stato solido senza passare attraverso lo stato liquido; tale trasformazione avviene con cessione di calore ed è quindi un processo esotermico. È il fenomeno opposto alla sublimazione.
L'origine del nome di questo passaggio di stato deriva da "brina" termine con cui viene indicato il deposito di cristalli di ghiaccio in forma di aghetti bianchi o semitrasparenti che si formano sull'erba o sulla vegetazione in determinate condizioni atmosferiche.
In altre parole il nome dato a questo cambiamento di stato, vuol richiamare il fenomeno naturale della brina.
Il brinamento è il passaggio di una sostanza dalla fase di vapore alla fase solida.
Quando una sostanza può brinare?
Per definire le condizioni secondo cui una sostanza può brinare, bisogna avere ben chiaro che cos'è il punto triplo di una sostanza. Il punto triplo è un particolare stato termodinamico di una sostanza determinato da precisi valori di temperatura (temperatura critica) e pressione (pressione critica) in cui coesistono, in condizioni di equilibrio, la fase solida, la fase liquida e quella aeriforme della sostanza stessa.
Al di sotto di questa coppia di valori esistono infinite coppie di valori pressione/temperatura per le quali si può avere il brinamento della sostanza.
Infatti nel tratto di curva che parte dal punto triplo (rappresentato con la lettera O) e scende verso il basso (si veda immagine seguente), si ha la curva di brinamento (relativa all'equilibrio solido ⇄ vapore) per la quale sono descritti le coppie di valori pressione/temperatura per le quali si può avere brinamento. Nel caso specifico il punto triplo dell'acqua cade a 0,01°C e 4,58 mmHg.
Diagramma di stato dell'acqua; il punto triplo cade a 0,01°C e 4,58 mmHg.
Considerando invece il diagramma di stato dell'anidride carbonica, si ha che il punto triplo per questa sostanza cade a 5,2 atm e a -56,6°C. In base all'andamento della curva è possibile stabilire che l'anidride carbonica solida sublima a pressione ambiente (1 atm) poiché la pressione corrispondente al suo punto triplo (5,2 atm) è maggiore di quella atmosferica.
Diagramma di stato dell'anidride carbonica solida (ghiaccio secco).
Pertanto, per quanto riguarda il ghiaccio secco (e lo stesso discorso vale anche per la naftalina) il brinamento può avvenire a pressione atmosferica.
Calore latente di brinamento
Come si è detto in precedenza, il processo di brinamento è di tipo esotermico e quindi rilascia energia. Il calore liberato nel brinamento di una mole di vapore prende il nome di calore latente molare di brinamento (λb) la cui unità di misura, nel Sistema Internazionale, è J·mol-1.
Il calore latente molare di brinamento (λb) è uguale alla somma tra il calore latente molare di condensazione (λc) e il calore latente molare di solidificazione (λs):
λb = λc + λs
Noto λb, il calore liberato nel brinamento di n moli di sostanza è determinabile applicando la seguente formula:
Q = n · λb
in cui:
λb = calore latente molare di brinamento (J/mol);
n = numero di moli (mol).
Ricordiamo che il calore latente molare di brinamento dipende dalla sostanza in esame, dalla pressione e dalla temperatura e che è numericamente uguale al calore latente molare di sublimazione ma con segno opposto.
Esempi di sostanze che brinano
A brinare sono quelle sostanze allo stato di vapore che formano, per brinamento, dei solidi molecolari, nei quali i valori delle energie di legame fra le molecole sono modesti.
Esempi di sostanze che possono brinare sono: iodio, naftalina, canfora, anidride carbonica solida (nota anche come ghiaccio secco).
Nella lingua inglese il termine brinamento viene indicato come "solidification" o anche come "reposition" o "desublimation", termini che in italiano non trovano una vera e propria traduzione.
Riassumendo
1) Il brinamento è il passaggio diretto di una sostanza dallo stato aeriforme allo stato solido.
2) Il brinamento è un processo esotermico.
3) Il brinamento avviene solo per particolari valori di pressione e di temperatura.
4) Iodio, naftalina, canfora e ghiaccio secco sono esempi di sostanze che possono brinare.
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