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Evaporazione

Passaggi di stato: l'evaporazione

Per evaporazione si intende il passaggio di un corpo dallo stato liquido allo stato di vapore; tale trasformazione avviene con acquisto di calore ed è quindi un processo endotermico.

L'evaporazione è un processo che avviene solo alla superficie del liquido, è tanto più rapido quanto maggiore è la temperatura e si arresta soltanto quando tutto il liquido è evaporato.

L'evaporazione è il passaggio di una sostanza dalla fase liquida alla fase di vapore.

La velocità con cui un liquido evapora dipende da vari fattori: chiaramente dalla temperatura (a 30°C l'acqua evapora più velocemente che a 10°C), dal tipo di liquido considerato (l'alcol etilico evapora più velocemente dell'acqua) ma anche dall'area della superficie sulla quale avviene l'evaporazione e dalla ventilazione della superficie ovvero dalla velocità con cui la superficie del liquido possa essere resa libera dalle molecole evaporate.

Differenza tra evaporazione ed ebollizione

L'evaporazione non è da confondere con l'ebollizione. L'evaporazione è il passaggio di un liquido a vapore; tale trasformazione avviene per temperature inferiori a quella di ebollizione e interessa soltanto le molecole distribuite sulla superficie libera del liquido.

L'ebollizione invece avviene ad una temperatura caratteristica (il cui valore dipende dalla pressione esterna) detta temperatura di ebollizione; si ha il passaggio tumultuoso del liquido a vapore con formazione di bolle all'interno della massa del liquido.

Inoltre, per un determinato valore della pressione esterna, l'evaporazione avviene a qualsiasi temperatura, mentre l'ebollizione avviene solo ad una determinata temperatura detta appunto temperatura di ebollizione.

Pertanto, un liquido inizialmente evapora; aumentando la temperatura, il valore della pressione di vapore saturo eguaglia la pressione ambiente e l'evaporazione si trasforma in ebollizione con la formazione di bolle di vapore anche all'interno della massa liquida.

Spiegazione del fenomeno dell'evaporazione da un punto di vista microscopico

Un liquido è costituito da particelle in moto che, in funzione della temperatura, hanno una determinata energia cinetica media.

In un dato istante esisteranno però particelle con energia cinetica maggiore e particelle con energia cinetica minore dell'energia cinetica media, in conseguenza della distribuzione statistica dell'energia cinetica delle particelle di Maxwell e Boltzmann.

distribuzione di maxwell boltzmann

Distribuzione statistica dell'energia cinetica delle particelle (Maxwell-Boltzmann).

Le particelle più energetiche che si trovano, in un dato istante, alla superficie del liquido, avranno sufficiente energia per sottrarsi all'azione attrattiva delle altre particelle e di passare allo stato di vapore: in altre parole si allontanano dalla massa di liquido di cui fanno parte.

Se immaginiamo di seguire una determinata particella del liquido, essa collide continuamente con le altre particelle e di conseguenza, istante per istante, può aumentare, diminuire o mantenere costante la sua energia cinetica.

Se ad un certo istante questa molecola si trova alla superficie del liquido e possiede in quell'istante energia sufficientemente elevata da vincere l'azione attrattiva delle altre particelle, si allontana dal liquido e passa nella fase vapore: in questo modo si ha l'evaporazione delle particelle del liquido.

Anche nella fase di vapore la particela continua a collidere con le altre molecole presenti in questa fase e anche qui può, di nuovo, aumentare, diminuire o mantenere costante la propria energia cinetica. Nei suoi movimenti potrà succedere che impatta la superficie della fase liquida e se in quell'instante possiederà un adatto valore di energia, rientrerà a fare parte della fase liquida.

Evaporazione e curva di riscaldamento

In una curva di riscaldamento, come quella di seguito riportata relativa all'acqua distillata, il fenomeno dell'evaporazione avviene nel tratto C-D della curva. Infatti C è il punto corrispondete al termine della fusione; nel punto C tutto il ghiaccio si è trasformato in liquido. Nel punto D invece si ha l'inizio del processo di ebollizione. Per far passare l'acqua dal punto C al punto D bisogna chiaramente somministrare calore.

curva di riscaldamento

Curva di riscaldamento dell'acqua distillata alla pressione di 1 atm.

Calore latente di evaporazione

Come si è detto, il processo di evaporazione è di tipo endotermico e quindi richiede energia. Il calore necessario alla evaporazione di una mole di liquido prende il nome di calore latente molare di evaporazionev) la cui unità di misura, nel Sistema Internazionale, è J·mol-1.

Noto λv, il calore necessario per la vaporizzazione di n moli di sostanza è determinabile applicando la seguente formula:

Q = n ·λv

in cui:

λv = calore latente molare di vaporizzazione (J/mol);

n = numero di moli (mol).

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