Evaporazione e tensione di vapore

Se poniamo un liquido all'interno di un recipiente chiuso dove abbiamo precedentemente fatto il vuoto, lo spazio non occupato dal liquido viene occupato dal suo vapore. Man mano che il processo di evaporazione procede il vapore che sovrasta la superficie del liquido si fa sempre più concentrato, essendo il recipiente chiuso, e la pressione misurabile all'interno aumenta progressivamente

All'aumentare della concentrazione del vapore si fanno sempre più frequenti gli urti tra le particelle gassose da una parte e tra le particelle e le pareti del recipiente dall'altra, in modo tale che un numero sempre maggiore di molecole, trasferendo quantità di moto durante gli urti, perde energia cinetica e ricade sulla superficie del liquido.

Il processo è noto come condensazione. La velocità di condensazione aumenta dunque con l'aumentare della concentrazione del vapore

v_cond = k' [vapore]

La velocità di evaporazione è invece costante e dipende essenzialmente dalla temperatura e dalle forze intermolecolari. Per evaporare le molecole devono superare una Energia di soglia E che permetta loro di vincere le forze intermolecolari

V_evap = k"

dove compare il fattore di Boltzmann

Finchè la velocità di evaporazione rimane più elevata di quella di condensazione, la concentrazione del vapore aumenta e, con essa, la pressione misurata. Si arriva tuttavia ad uno stato di equilibrio dinamico in cui la velocità del processo di evaporazione eguaglia la velocità del processo di condensazione. Poiché in tale situazione possiamo ritenere che il numero di particelle che evaporano sia pari al numero di particelle che condensano, il vapore non è in grado di arricchirsi ulteriormente e la pressione cessa dunque di aumentare. Il vapore viene per questo detto vapore saturo e la pressione esercitata è detta tensione di vapor saturo. All'equilibrio avremo dunque

v_cond = V_evap

k' [vapore] = k'"

Essendo la pressione direttamente proporzionale alla concentrazione del vapore possiamo anche scrivere

p = k

relazione sostanzialmente analoga all'equazione di Clausius-Clapeyron che mostra come la tensione di vapore saturo cresca esponenzialmente al crescere della temperatura.