Pressioni parziali di vapore

[osvaldo1961]

Buongiorno,
sono un'autodidatta e avrei bisogno del cortese aiuto di chi è più preparato di me.
Ciò per risolvere alcuni dubbi che i numerosissimi siti che ho consultato, purtroppo rarissimi quelli riuniscono serietà, rigorosità ed intelligibilità, non sono riusciti a togliermi; per la verità il tutto ha creato ulteriore confusione.
Il primo è legato alla tensione di vapore; sarei arrivato alla conclusione che immaginando un esperimento realizzato con un contenitore inizialmente aperto, contenente aria alla pressione atmosferica, che può essere reso ermetico, collegato ad un tubo piezometrico ad U che supponiamo alto 1000 mm e che abbia l'estremità opposta a quella collegata al recipiente aperta ma con la facoltà di essere sigillata, dovrebbe succedere in sequenza quanto segue: se da detta estremità immettiamo una quantità di mercurio atta a riempire intorno ai 1000 mm di tubo il mercurio stesso riempirà entrambi i rami per circa 500 mm raggiungendo in entrambi un livello perfettamente identico. Se ora facciamo il vuoto assoluto sempre attraverso detta estremità e sigilliamo l'apertura dovrebbe crearsi un dislivello di circa 760 mm (il circa è legato al valore momentaneo della pressione atmosferica), positivo verso il lato dove è stato fatto il vuoto. Se procediamo sigillando anche il recipiente ed altrettanto vi facciamo il vuoto il livello del mercurio nei due rami tornerà ad essere identico. Immettendo ora nel recipiente una certa quantità di liquido questo inizierà immediatamente il processo dinamico evaporazione-condensazione. Con il procedere del processo, nello spazio libero del recipiente andranno aumentando di numero di atomi o molecole in forma di vapore fintanto che gli urti di questi genereranno una pressione che è caratteristica del tipo di liquido e della temperatura alla quale stiamo operando.
Tale pressione è detta Tensione di vapore e genererà un corrispondente dislivello nello stesso senso di prima nei due rami del piezometro a mercurio.
Se esprimiamo tale valore come i mm di dislivello stiamo parlando di una pressione ASSOLUTA e non relativa.
Ad esempio nel caso dell'acqua a temperatura ambiente dovremmo essere ben al disotto della pressione atmosferica.
Sto chiedendo conferma, perchè in troppi siti vedendo i disegni che schematizzano identicamente nella sostanza, quanto sopra, viene mostrata l'estremità esterna del piezometro APERTA invece che chiusa.
A me sembra un errore (in tal caso alquanto fastidioso e grossolano).
Con tale apparecchio dovrebbe crearsi invece un dislivello opposto, di 760 mm meno il valore della tensione di vapore.
Sbaglio?

Tutto quanto sopra, di cui sono relativamente certo, perchè non riesco a visualizzare quanto segue, e qui sono realmente confuso:
modificando il precedente esperimento solamente evitando di fare il vuoto nel recipiente ma immettendovi dell'acqua, lasciando uscire il corrispondente volume di aria per mantenere inalterata la pressione, per poi sigillarlo, cosa dovrebbe succedere?
L'acqua non può assolutamente evaporare perchè (temperatura ambiente) ci troviamo alla pressione atmosferica e quindi ben al di sopra della tensione di vapore?
L'acqua evapora e la sua tensione di vapore va ad aggiungersi alla pressione atmosferica? (Somma delle pressioni parziali dei gas)
Viene raggiunta una pressione di equilibrio, più alta dell'atmosferica ma minore della somma, legata (magari attraverso un modello matematico) alla differenza tra la tensione di vapore e la sovrastante?
L'acqua evapora ma contemporaneamente un equivalente volume di aria viene inglobata dal liquido e non ci sono variazioni di pressione?
In qualche maniera il vapore acqueo riesce ad 'intrufolarsi' nell'aria senza provocare aumenti di volume/pressione?

Spero di essere riuscito ad essere abbastanza preciso senza annoiare eccessivamente e di non essere stato troppo banale.

Grazie anticipatamente.
Cordialmente, Osvaldo

[Faussone]

[......]
Con tale apparecchio dovrebbe crearsi invece un dislivello opposto, di 760 mm meno il valore della tensione di vapore.
Sbaglio?

Corretto.
La differenza di livello del mercurio dovrebbe corrispondere alla pressione di vapore a temperatura ambiente.
Dove hai visto diversamente?

L'acqua non può assolutamente evaporare perchè (temperatura ambiente) ci troviamo alla pressione atmosferica e quindi ben al di sopra della tensione di vapore?
L'acqua evapora e la sua tensione di vapore va ad aggiungersi alla pressione atmosferica? (Somma delle pressioni parziali dei gas)
Viene raggiunta una pressione di equilibrio, più alta dell'atmosferica ma minore della somma, legata (magari attraverso un modello matematico) alla differenza tra la tensione di vapore e la sovrastante?
L'acqua evapora ma contemporaneamente un equivalente volume di aria viene inglobata dal liquido e non ci sono variazioni di pressione?
In qualche maniera il vapore acqueo riesce ad 'intrufolarsi' nell'aria senza provocare aumenti di volume/pressione?

La seconda che hai detto: l'acqua evapora finchè la pressione parziale di vapore è pari alla pressione di vapore alla temperatura ambiente, quindi la pressione totale è leggermente superiore di quella ambiente.

[dRic]

quindi la pressione totale è leggermente superiore di quella ambiente

Scusa se mi intrometto, ma non ho ben capito questo ultima cosa che hai detto. Ammettiamo di avere un bicchiere con dell'acqua dentro chiuso (per evitare problemi di diffusione). Mi voglio calcolare quanta acqua evapora. Ammettiamo che l'acqua sia pura $x_{H_2O} = 1$ e che l'aria assorbita dall'acqua in condizioni di equilibrio termodinamico sia nulla.

Per calcolarmi la frazione di acqua nell'aria:
$P*y_{H_2O} = P_{H_2O}^{vap}(T)$
Da cui trovo la frazione di acqua nell'aria:
$y_{H_2O} = \frac{P_{H_2O}^{vap}(T)} P$.

Come fa a cambiare la pressione se è una specifica che devo assegnare assieme alla temperatura?

[Faussone]

Come fa a cambiare la pressione se è una specifica che devo assegnare assieme alla temperatura?

La pressione parziale dell'acqua e quindi la frazione molare finale dell'acqua all'equilibrio è fissa infatti.
Io ho solo detto che la pressione totale finale (pressione parziale aria più pressione parziale vapor d'acqua sopra), sarà maggiore di quella iniziale (solo aria) nel recipiente chiuso.

[dRic]

Scusami, ho fatto confusione immensa io e ho finito per scrivere una cosa diversa da quella che stavo pensando. Risolto tutto. Ogni tanto fa bene ripensare a queste cose

[osvaldo1961]

Grazie della risposta.

Per la tua domanda, uno ad esempio, ma sono tanti, è http://www.chimica-online.it/download/t ... vapore.htm.
L'estremità esterna del piezometro è disegnata palesemente aperta, mentre il dislivello e mostrato come se fosse chiuso e sottovuoto, sbaglio?

Se posso, ti disturbo ancora con due cose:
Forse banale, la massa di vapore che viene ad aggiungersi all'aria del contenitore fino ad innalzarne la pressione al valore relativo della tensione di vapore a quella temperatura è quella che genera la cosiddetta umidità relativa dell'aria del 100%?
Forse leggermente meno banale, ripetendo l'esperimento come nella seconda parte ma immaginando di avere il contenitore con la parte bassa dedicata al liquido suddivisa verticalmente ad esempio in tre parti con identica superficie libera ed immettendovi appunto tre liquidi diversi, la pressione assoluta finale a recipiente chiuso, raggiunto l'equilibrio, é la somma di quella atmosferica e delle tre tensioni di vapore? Od invece é quella atmosferica sommata alla tensione di vapore del liquido più volatile in quanto l'evaporazione degli altri due si arresta in precedenza nel momento in cui vengono raggiunte le rispettive tensioni di vapore? Che influenza avrebbe sulla composizione dei vapori l'aumento di pressione oltre le tensione di vapore dei due liquidi meno volatili; dovrebbe rientrarne parte nei rispettivi liquidi?

Grazie nuovamente

[Faussone]

Grazie della risposta.

Per la tua domanda, uno ad esempio, ma sono tanti, è http://www.chimica-online.it/download/t ... vapore.htm.
L'estremità esterna del piezometro è disegnata palesemente aperta, mentre il dislivello e mostrato come se fosse chiuso e sottovuoto, sbaglio?

Prego.
Quello è uno schema di un manometro a mercurio e dall'altro lato deve essere chiuso, altrimenti misurerebbe una pressione relativa all'ambiente, concordo che il modo in cui è schematizzato non brilla per chiarezza. Quello che dice nella descrizione è corretto comunque.

Se posso, ti disturbo ancora con due cose:
Forse banale, la massa di vapore che viene ad aggiungersi all'aria del contenitore fino ad innalzarne la pressione al valore relativo della tensione di vapore a quella temperatura è quella che genera la cosiddetta umidità relativa dell'aria del 100%?

Sì corretto. L'umidità relativa puoi vederla infatti come rapporto tra il valore della pressione di vapore d'acqua in un certo momento e pressione di vapore di saturazione del vapore d'acqua a quella temperatura (cioè pressione di vapore che si ha all'equilibrio quando tutta l'acqua possibile è evaporata, nell'esempio di acqua e aria in un recipiente chiuso).

Forse leggermente meno banale, ripetendo l'esperimento come nella seconda parte ma immaginando di avere il contenitore con la parte bassa dedicata al liquido suddivisa verticalmente ad esempio in tre parti con identica superficie libera ed immettendovi appunto tre liquidi diversi, la pressione assoluta finale a recipiente chiuso, raggiunto l'equilibrio, é la somma di quella atmosferica e delle tre tensioni di vapore?

Sì.
Le pressioni parziali di vapore all'equilibrio dei tre liquidi sono indipendenti, è come se per ciascun liquido gli altri liquidi non ci fossero in pratica.

Che influenza avrebbe sulla composizione dei vapori l'aumento di pressione oltre le tensione di vapore dei due liquidi meno volatili; dovrebbe rientrarne parte nei rispettivi liquidi?

Nessun effetto, se ho capito bene la domanda. Comunque se invece di quei due liquidi che hai aggiunto ne mettessi altri più volatili, la pressione di vapore all'equilibrio del liquido iniziale non varierebbe.

[osvaldo1961]

Grazie nuovamente Faussone,
è alquanto raro che nei forum di qualsiasi tipo che abbia frequentato abbia ricevuto risposte così centrate alle domande poste.
Probabilmente quì è la normalità, ma conoscendovi da poco non ci sono abituato per cui magari abbondo con i grazie e mi viene la tentazione di approfittarne.

Partivo dal ragionamento che riducendo isotermicamente il volume a disposizione di un sistema liquido-vapore, data la costanza della pressione di vapore, parte delle molecole di vapore dovrebbero rientrare nel liquido. In sostanza, in presenza di liquido, riducendo il volume non dovrebbe essere possibile aumentare la pressione fintanto che il volume a disposizione del vapore si azzeri.
Con ciò immaginavo che aggiungendo via via dei liquidi più volatili ed innalzando quindi la pressione del sistema, il numero di molecole in forma di vapore di quelli meno volatili dovesse obbligatoriamente rientrare nei rispettivi liquidi fino ad azzerasi.
Ma evidentemente da quello che mi dici la natura funziona in modo diverso dal mio tentativo di idealizzazione.

[Faussone]

Mi fa piacere che apprezzi questo forum, io ormai sono qui da diversi anni, alternando ovviamente fasi diverse di attività (anni fa ero molto più attivo).
Quindi insomma comunque me ne sento parte integrante, insieme ai più assidui.
Per quanto mi riguarda poi, quando posso e ho voglia, se percepisco da parte di chi pone le domande un vero interesse, sono più che felice di rispondere. Sempre se ne sono in grado ovviamente.

Ma evidentemente da quello che mi dici la natura funziona in modo diverso dal mio tentativo di idealizzazione.

Devi considerare che tutto nasce dalla legge di Dalton sulle pressioni parziali. In pratica un gas in un dato volume si comporta come se fosse il solo gas in quel volume, in termini di pressione parziale. Pertanto non è influenzato dagli altri gas, "qualunque" sia la loro pressione parziale.
Questo vale sostanzialmente in tutte le applicazioni (escluso ovviamente il caso in cui ci siano reazioni chimiche tra i vari gas), il "qualunque" cessa di valere solo a pressioni e/o a densità elevatissime quando non è possibile tracurare l'interazione tra le varie molecole dei vari gas (reazioni chimiche a parte).