Calcolatore della tensione di vapore dell'acqua (equazione di Antoine)
Inserendo la temperatura in gradi Celsius o Fahrenheit, lo strumento calcola la tensione di vapore dell'acqua con l'equazione di Antoine, molto usata in chimica, e la esprime in mmHg, kPa, atmosfere e bar. Cambiando la pressione ambiente potete anche vedere perché in quota l'acqua bolle a temperatura più bassa.
Che cos'è la tensione di vapore dell'acqua secondo l'equazione di Antoine
La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore di un liquido quando, in un recipiente chiuso, si raggiunge l'equilibrio liquido-vapore: il momento in cui evaporazione e condensazione avvengono esattamente alla stessa velocità. Poiché le molecole più calde si muovono con più energia e sfuggono più facilmente dal liquido, la tensione di vapore cresce rapidamente all'aumentare della temperatura. Questo strumento usa l'equazione di Antoine, log10(P) = A − B / (C + T), una formula molto diffusa nell'ingegneria chimica, per calcolare la tensione di vapore dell'acqua tra 0 e 100 °C, mostrandola contemporaneamente in quattro unità: mmHg, kPa, atm e bar.
L'ebollizione è definita come il momento esatto in cui la tensione di vapore di un liquido eguaglia la pressione ambiente che lo circonda. Cambiando la pressione ambiente rispetto al valore standard a livello del mare, si può vedere numericamente come il punto di ebollizione scenda all'aumentare della quota. Uno strumento utile per lo studio della chimica a scuola e all'università, oltre che per le domande pratiche che sorgono in montagna o cucinando in quota.
Come calcolare la tensione di vapore dell'acqua
- Scegliere l'unità di temperatura Selezionate Celsius (°C) o Fahrenheit (°F). Il valore in Fahrenheit viene convertito automaticamente in Celsius prima del calcolo.
- Inserire la temperatura Digitate la temperatura che volete verificare. L'intervallo supportato va da 0 a 100 °C (da 32 a 212 °F).
- Leggere la tensione di vapore in quattro unità Il pannello dei risultati mostra la tensione di vapore contemporaneamente in mmHg, kPa, atm e bar.
- Regolare la pressione ambiente Usate i valori preimpostati per il livello del mare o la vetta del monte Fuji, oppure inserite un valore in kPa a piacere, per vedere se a quella pressione si ha ebollizione.
Consigli per sfruttarlo al meglio
- I coefficienti dell'equazione di Antoine usati qui valgono fra 0 e 100 °C: fuori da questo intervallo il risultato non compare.
- Modificando la pressione ambiente secondo la quota potete vedere a quale temperatura bolle l'acqua in cima a una montagna.
- La pentola a pressione alza artificialmente la pressione interna e porta il punto di ebollizione oltre i 100 °C, riducendo i tempi di cottura.
- Se conoscete la temperatura solo in gradi Fahrenheit, basta cambiare unità con l'apposito pulsante: la conversione avviene da sola.
- Tenere a mente la definizione — si ha ebollizione quando la tensione di vapore del liquido eguaglia la pressione ambiente — aiuta a capire tutto il resto.
Impieghi pratici di questo calcolatore di tensione di vapore
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Glossario della tensione di vapore
- Tensione di vapore
- La pressione esercitata da un vapore quando raggiunge l'equilibrio con il proprio liquido in un recipiente chiuso. Cresce rapidamente con la temperatura.
- Equazione di Antoine
- Una formula empirica, log10(P) = A − B / (C + T), che approssima il legame fra tensione di vapore e temperatura tramite le costanti A, B e C proprie di ogni sostanza.
- Punto di ebollizione
- La temperatura alla quale la tensione di vapore di un liquido eguaglia la pressione ambiente circostante. Più bassa è la pressione ambiente, prima si raggiunge questa condizione.
- Pressione atmosferica
- La pressione esercitata dall'aria su un dato luogo. Diminuisce con la quota man mano che l'aria si fa più rarefatta.
- Equilibrio liquido-vapore
- Uno stato, in un recipiente chiuso, in cui la velocità di evaporazione eguaglia quella di condensazione, così che il sistema appare invariato dall'esterno.
- Atmosfera standard
- Il valore di riferimento della pressione atmosferica vicino al livello del mare, definito come 101,325 kPa (1 atm). Lo strumento lo usa come pressione ambiente predefinita.
Domande frequenti
A proposito — «l'acqua bolle a 100 gradi» è vero solo a certe condizioni
Chiudendo un liquido in un recipiente ermetico, il numero di molecole che evaporano e di quelle che condensano finisce per equivalersi e si raggiunge l'equilibrio liquido-vapore, in cui le due fasi coesistono. La pressione della fase gassosa in quelle condizioni è la tensione di vapore. Non è un valore fisso per ciascuna sostanza: cresce rapidamente con la temperatura, perché il moto molecolare si fa più intenso e l'evaporazione più facile. Nell'Ottocento l'ingegnere francese Louis Charles Antoine mostrò che questo legame si può approssimare con una semplice formula empirica, e da allora la sua equazione è una delle approssimazioni più usate nei manuali di ingegneria chimica.
L'ebollizione si verifica quando le bolle che si formano all'interno del liquido riescono a risalire fino alla superficie senza collassare, cioè quando la tensione di vapore eguaglia la pressione ambiente. Alla pressione atmosferica standard del livello del mare, circa 101,325 kPa, la tensione di vapore dell'acqua raggiunge quel valore esattamente a 100 °C: ecco perché impariamo che l'acqua bolle a cento gradi. Ma è un'affermazione valida solo a quella condizione.
Salendo di quota la pressione atmosferica diminuisce. Sulla vetta del monte Fuji, a circa 3.776 metri, scende a circa il 60% del valore in pianura, quindi la temperatura alla quale la tensione di vapore la eguaglia — il punto di ebollizione — scende sotto i novanta gradi. È per questo che si dice che in montagna il riso resti crudo all'interno. La pentola a pressione fa l'opposto: sigillando il recipiente ne innalza artificialmente la pressione interna, porta il punto di ebollizione oltre i cento gradi e permette di cuocere a fondo in poco tempo.