ebollizione e tensione di vapore

[fisiol]

Salve a tutti. Qualche anima pia che mi aiuti?
Non riesco a capire come può la tensione di vapore di un liquido
eguagliare la pressione atmosferica e provocarne ebollizione.
La tensione di vapore di un liquido è la pressione che il vapore
esercita sulla superficie del liquido, quando liquido e vapore sono in
equilibrio dinamico. Questo equilibrio, però, in un recipiente aperto
non può mai essere raggiunto a causa della diffusione nell'atmosfera
delle molecole di vapore.
L'ebollizione avviene in un recipiente aperto, ma in un recipiente
aperto l'equilibrio non si può mai raggiungere. Per cui se non si
raggiunge l'equilibrio, non si presenta la tensione di vapore e se non
si presenta la tensione di vapore come fa quest'ultima ad eguagliare
la pressione atmosferica, generando ebollizione???????

[lefthand]

Il Wed, 20 Jun 2012 15:38:32 +0000, fisiol ha scritto:

> Salve a tutti. Qualche anima pia che mi aiuti? Non riesco a capire come
> può la tensione di vapore di un liquido eguagliare la pressione
> atmosferica e provocarne ebollizione. La tensione di vapore di un
> liquido è la pressione che il vapore esercita sulla superficie del
> liquido, quando liquido e vapore sono in equilibrio dinamico. Questo
> equilibrio, però, in un recipiente aperto non può mai essere raggiunto a
> causa della diffusione nell'atmosfera delle molecole di vapore.
> L'ebollizione avviene in un recipiente aperto, ma in un recipiente
> aperto l'equilibrio non si può mai raggiungere.

Infatti l'ebollizione non è un fenomeno di equilibrio.

> Per cui se non si
> raggiunge l'equilibrio, non si presenta la tensione di vapore e se non
> si presenta la tensione di vapore come fa quest'ultima ad eguagliare la
> pressione atmosferica, generando ebollizione???????

Dove avviene l'evaporazione? E dove avvengono il riscaldamento dell'acqua
e la conseguente ebollizione? I moti convettivi trasportano calore dal
basso verso l'alto, ma non annullano la differenza di temperatura.

--
Firma in allestimento

[Giovanni1958]

"fisiol" <22923i...@mynewsgate.net> ha scritto nel messaggio
news:201206201...@mynewsgate.net...
[CUT]

> L'ebollizione avviene in un recipiente aperto, ma in un recipiente
> aperto l'equilibrio non si può mai raggiungere. Per cui se non si
> raggiunge l'equilibrio, non si presenta la tensione di vapore e se non
> si presenta la tensione di vapore come fa quest'ultima ad eguagliare
> la pressione atmosferica, generando ebollizione???????
>

Infatti, avendo superato con la pressione di vapore la pressione
atmosferica, l'acqua o altro, inizierà a bollire non potendo raggiungere una
condizione di equilibrio ( sempre che tu continui a fornire energia).
PS. ho risposto a te anche su "scienza.chimica.it"

[Tommaso Russo, Trieste]

Il 20/06/2012 17:38, fisiol ha scritto:
> Salve a tutti. Qualche anima pia che mi aiuti?
> Non riesco a capire come può la tensione di vapore di un liquido
> eguagliare la pressione atmosferica e provocarne ebollizione.
> La tensione di vapore di un liquido è la pressione che il vapore
> esercita sulla superficie del liquido, quando liquido e vapore sono in
> equilibrio dinamico.

E quindi, fuori dall'equilibrio: se la pressione del vapore e' inferiore
alla tensione di vapore, il liquido continua ad evaporare; se e'
superiore, parte del vapore condensa.

> Questo equilibrio, però, in un recipiente aperto
> non può mai essere raggiunto a causa della diffusione nell'atmosfera
> delle molecole di vapore.

Che quindi non raggiungono mai una pressione sufficiente ad eguagliare
la tensione di vapore del liquido (salvo fenomeni di ristagno locale, se
sei immerso nella nebbia e' piu' probabile che i vestiti ti si inzuppino
piuttosto che si asciughino).

> L'ebollizione avviene in un recipiente aperto,

Si: ma avviene *all'interno* del liquido.

> ma in un recipiente
> aperto l'equilibrio non si può mai raggiungere. Per cui se non si
> raggiunge l'equilibrio, non si presenta la tensione di vapore

La tensione di vapore si presenta sulla superficie di una bolla
*interna* al liquido: all'interno della bolla la pressione e'
determinata dall'equilibrio idrostatico e non e' esattamente la
pressione atmosferica, ma la pressione atmosferica + la pressione
esercitata dalla colonna di liquido sovrastante (in un pentolino puoi
considerarla trascurabile, in un impianto industriale no).

Se la temperatura e' abbastanza alta da far si' che la tensione di
vapore superi *questa* pressione, il liquido evapora *dentro* la bolla,
questa aumenta di volume, la sua velocita' limite di risalita aumenta
(perche' la spinta di galleggiamento aumenta con il volume, ossia con il
cubo del raggio, e la resistenza viscosa solo con la superficie, cioe'
con il quadrato del raggio) e la bolla arriva a galla molto piu' veloce
delle bollicine che si formano all'inizio del fenomeno (e salgono
lentissime, come le bollicine di un *buon* pinot brut). Per questo
l'ebollizione e' tumultuosa.


Il problema intrigante e' piuttosto: come si formano le prime bollicine?

Se il liquido non contiene troppi gas disciolti e il suo riscaldamento
e' molto graduale ed omogeneo (puoi ottenerlo mettendo un bicchiere
d'acqua, fatto riposare un po' per eliminare i gas, in un forno a
microonde) alla temperatura di ebollizione, e anche *un bel po'* oltre,
non si formano affatto: e in queste condizioni puoi portare un liquido a
temperature superiori a quella di ebollizione *senza* che si metta a
bollire. L'equilibrio e' pero' metastabile: aumentando la temperatura,
e' sempre piu' probabile che le fluttuazioni termiche diano luogo a zone
dove tutte le molecole hanno energie tipiche del vapore piuttosto che
del liquido, zone che diventano i nuclei delle bollicine in formazione.

Di solito, pero', il riscaldamento del liquido non e' omogeneo, ma
ottenuto per contatto con una superficie calda (il fondo della pentola,
ad esempio): in questo caso, le inevitabili microporosita' della parete
costituiscono cavita' dove il flusso di calore dalla parete al liquido
e' molto superiore che nelle zone piane, ed i nuclei si formano li'. Hai
mai guardato l'acqua della pasta con gli spaghetti in mano aspettando
che si metta a bollire? Poco prima dell'ebollizione tumultuosa, si vede
il fondo della pentola coprirsi di bollicine e si sente un sibilo
caratteristico: sono i nuclei che, formandosi, aumentano di volume
trasmettendo all'acqua l'impulso sonoro.

Come tutti i fenomeni idrodinamici, spesso paradossali, l'ebollizione e'
un fenomeno interessantissimo. Se vuoi approfondire un po', qui c'e' una
tesi che ne parla diffusamente:
http://www.tesionline.it/consult/preview.jsp?pag=11&idt=12403
(Registrati e scarica il pdf, altrimenti non vedi le figure)


--
TRu-TS
Buon vento e cieli sereni

[Pangloss]

Mmhh... le cose vanno al contrario di quello che dici!

Le microbolle interne ad un liquido sono sostenute dalla tensione
superficiale e sono ovviamente costituite da vapore saturo.
Tali bollicine possono crescere determinando l'ebollizione solo quando
la pressione di vapore saturo interna eguaglia la pressione della fase
liquida. Trascurando i dislivelli, la pressione della fase liquida
corrisponde a quella dell'aeriforme a contatto con la superficie del
liquido.

Pertanto:
- in recipiente aperto l'ebollizione si innesca quando alla temperatura
del liquido corrisponde una pressione di vapore saturo interna alle
bolle uguale alla pressione atmosferica;
- in recipiente chiuso l'ebollizione _non_ puo' mai avvenire, almeno
fintantoche' non si apra la valvola di sicurezza: infatti la pressione
interna alle bolle (p_vsat) sara' sempre inferiore a quella dell'aeriforme
sovrastante (p_atm + p_vsat).

--
Elio Proietti
Valgioie (TO)

[lefthand]

Il Wed, 20 Jun 2012 23:42:59 +0200, Tommaso Russo, Trieste ha scritto:

> La tensione di vapore si presenta sulla superficie di una bolla
> *interna* al liquido: all'interno della bolla la pressione e'
> determinata dall'equilibrio idrostatico e non e' esattamente la
> pressione atmosferica, ma la pressione atmosferica + la pressione
> esercitata dalla colonna di liquido sovrastante (in un pentolino puoi
> considerarla trascurabile, in un impianto industriale no).

E nemmeno in un geyser...

> Se la temperatura e' abbastanza alta da far si' che la tensione di
> vapore superi *questa* pressione, il liquido evapora *dentro* la bolla,
> questa aumenta di volume, la sua velocita' limite di risalita aumenta
> (perche' la spinta di galleggiamento aumenta con il volume, ossia con il
> cubo del raggio, e la resistenza viscosa solo con la superficie, cioe'
> con il quadrato del raggio) e la bolla arriva a galla molto piu' veloce
> delle bollicine che si formano all'inizio del fenomeno (e salgono
> lentissime, come le bollicine di un *buon* pinot brut).

Il perlage! Ma se il vetro del bicchiere fosse perfettamente liscio e
pulito, il fenomeno si presenterebbe ugualmente?

> Il problema intrigante e' piuttosto: come si formano le prime bollicine?
>
> Se il liquido non contiene troppi gas disciolti e il suo riscaldamento
> e' molto graduale ed omogeneo (puoi ottenerlo mettendo un bicchiere
> d'acqua, fatto riposare un po' per eliminare i gas, in un forno a
> microonde) alla temperatura di ebollizione, e anche *un bel po'* oltre,
> non si formano affatto: e in queste condizioni puoi portare un liquido a
> temperature superiori a quella di ebollizione *senza* che si metta a
> bollire. L'equilibrio e' pero' metastabile: aumentando la temperatura,
> e' sempre piu' probabile che le fluttuazioni termiche diano luogo a zone
> dove tutte le molecole hanno energie tipiche del vapore piuttosto che
> del liquido, zone che diventano i nuclei delle bollicine in formazione.

Oppure si può verificare l'ebollizione simultanea e improvvisa toccando
il liquido con un cucchiaino, o anche solo trasmettendo delle vibrazioni.
http://en.wikipedia.org/wiki/Superheating



--
Firma in allestimento

[Tommaso Russo, Trieste]

Il 21/06/2012 18:51, lefthand ha scritto:
> Il Wed, 20 Jun 2012 23:42:59 +0200, Tommaso Russo, Trieste ha scritto:

>>...la pressione atmosferica + la pressione

>> esercitata dalla colonna di liquido sovrastante (in un pentolino puoi
>> considerarla trascurabile, in un impianto industriale no).
>
> E nemmeno in un geyser...

Gia' ;-)

>> ...la bolla arriva a galla molto piu' veloce

>> delle bollicine che si formano all'inizio del fenomeno (e salgono
>> lentissime, come le bollicine di un *buon* pinot brut).
>
> Il perlage! Ma se il vetro del bicchiere fosse perfettamente liscio e
> pulito, il fenomeno si presenterebbe ugualmente?

Penso di si', una flute di solito *e'* liscia e pulita... qui la
formazione delle bollicine ha un'origine diversa, devi pensare che
quando stappi una bottiglia la pressione sulla superficie del liquido
diminuisce di 5-6 volte ed e' l'equilibrio soluto-solvente che si sposta
drammaticamente; penso che per dare un innesco basti il fatto che il
vetro e' a temperatura superiore al vino, sulla superficie del vetro un
po' di CO_2 esce prima dalla soluzione, la CO_2 non bagna il vetro ma il
liquido si' per cui si espande al di sotto della bolla di CO_2
isolandola dal vetro e lasciandola libera di risalire. La formazione del
perlage e' troppo regolare per pensare che sia dovuta a fenomeni casuali
come le impurita'.

Quello che invece non ho mai capito e' perche' gli spumanti migliori
hanno un perlage piu' fine. Forse perche' il lungo invecchiamento lega
maggiormente la CO_2 non solo all'acqua, ma anche ad altre sostanze
contenute nel vino, rallentandone il rilascio?

Qui invece c'e' una bella esposizione sull'importanza, per il perlage,
del materiale che costituisce il bicchiere (anche se, credo, nelle
figure le diciture "liquido" e "aria" sono invertite):
http://www.darapri.it/comestappare/bicchiereplastica.htm

...

>> e' sempre piu' probabile che le fluttuazioni termiche diano luogo a zone
>> dove tutte le molecole hanno energie tipiche del vapore piuttosto che
>> del liquido, zone che diventano i nuclei delle bollicine in formazione.
>
> Oppure si può verificare l'ebollizione simultanea e improvvisa toccando
> il liquido con un cucchiaino, o anche solo trasmettendo delle vibrazioni.

I buongustai suggeriscono di gettare il sale nell'acqua della pasta solo
quando si vedono le prime bollicine sul fondo: l'ebollizione allora e'
improvvisa e spettacolare. Io credo sia solo coreografia, e il sale lo
metto prima. Credo che la nucleazione non sia dovuta tanto al sale,
quanto all'aria che esso trascina nella massa liquida.

Nel caso delle vibrazioni? Microvortici?


> http://en.wikipedia.org/wiki/Superheating

Ah, ecco! Non avevo considerato neanche la tensione superficiale del
liquido. Le spiegazioni si fanno sempre piu' complesse...

[Soviet_Mario]

Il 23/06/2012 00:58, Tommaso Russo, Trieste ha scritto:
> Il 21/06/2012 18:51, lefthand ha scritto:
>> Il Wed, 20 Jun 2012 23:42:59 +0200, Tommaso Russo, Trieste ha scritto:

CUT

> Quello che invece non ho mai capito e' perche' gli spumanti migliori
> hanno un perlage piu' fine. Forse perche' il lungo invecchiamento lega
> maggiormente la CO_2 non solo all'acqua, ma anche ad altre sostanze
> contenute nel vino, rallentandone il rilascio?

non so se la quantità totale di CO2 sia uguale (è una
variabile importante sulla velocità di rilascio), ma la
diversa composizione (ad es. ci sono vini molto amabili e
ricchi in glicerina, altri secchi praticamente privi, alcuni
più altri meno acidi, più o meno tannici, etc) comporta
probabilmente diverse tensioni superficiali. Una tensione
superficiale maggiore dovrebbe favorire meno bolle più
grandi che non più bolle piccole. Ma la quantità totale di
CO2 (e la presenza di soluti "salting-out" (come zuccheri,
glicerolo, idrossi acidi organici) dovrebbero accelerare la
separazione di fase.

>
> Qui invece c'e' una bella esposizione sull'importanza, per il perlage,
> del materiale che costituisce il bicchiere (anche se, credo, nelle
> figure le diciture "liquido" e "aria" sono invertite):
> http://www.darapri.it/comestappare/bicchiereplastica.htm
>
> ...
>>> e' sempre piu' probabile che le fluttuazioni termiche diano luogo a zone
>>> dove tutte le molecole hanno energie tipiche del vapore piuttosto che
>>> del liquido, zone che diventano i nuclei delle bollicine in formazione.
>>
>> Oppure si può verificare l'ebollizione simultanea e improvvisa toccando
>> il liquido con un cucchiaino, o anche solo trasmettendo delle vibrazioni.
>
> I buongustai suggeriscono di gettare il sale nell'acqua della pasta solo
> quando si vedono le prime bollicine sul fondo: l'ebollizione allora e'
> improvvisa e spettacolare. Io credo sia solo coreografia, e il sale lo
> metto prima. Credo che la nucleazione non sia dovuta tanto al sale,

beh, effetti li ha pure lui (sulla solubilità dei gas ancora
disciolti ... non per niente se aggiunto quasi a fine
ebollizione è meno appariscente) oltre ai siti di innesco
sulla superficie (un blando effetto mentos diciamo)

> quanto all'aria che esso trascina nella massa liquida.

mah. Anche un solo grano in certe condizioni causa sconquasso

>
> Nel caso delle vibrazioni? Microvortici?
>
>
>> http://en.wikipedia.org/wiki/Superheating

ci guarderò :)
ciao
Soviet

>
> Ah, ecco! Non avevo considerato neanche la tensione superficiale del
> liquido. Le spiegazioni si fanno sempre piu' complesse...
>
>
>


--

1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

[lefthand]

Il Sat, 23 Jun 2012 00:58:59 +0200, Tommaso Russo, Trieste ha scritto:

> Penso di si', una flute di solito *e'* liscia e pulita...

A occhio...

> qui la
> formazione delle bollicine ha un'origine diversa, devi pensare che
> quando stappi una bottiglia la pressione sulla superficie del liquido
> diminuisce di 5-6 volte ed e' l'equilibrio soluto-solvente che si sposta
> drammaticamente;

Questo per la formazione della spuma quando si fa il "botto", ma se si
sgasa lentamente anche la formazione di bolle è lenta.

> penso che per dare un innesco basti il fatto che il
> vetro e' a temperatura superiore al vino, sulla superficie del vetro un
> po' di CO_2 esce prima dalla soluzione, la CO_2 non bagna il vetro ma il
> liquido si' per cui si espande al di sotto della bolla di CO_2
> isolandola dal vetro e lasciandola libera di risalire.

Se metto la bottiglia in frigorifero un'ora prima di stapparla il vetro è
a temperatura _inferiore_ al vino, ma le bolle si vedono ugualmente.
Ovviamente la temperatura influisce sulla solubilità della CO2: spumante
ghiacciato=rilascio più lento.

> La formazione del
> perlage e' troppo regolare per pensare che sia dovuta a fenomeni casuali
> come le impurita'.

Lo hai osservato bene il flute? Il perlage si forma in punti ben precisi
della parete, e mi chiedo se vuotando il bicchiere e riempiendolo
nuovamente si va a formare nuovamente negli stessi punti.
Ovviamente l'esperimento va ripetuto più volte ;-)

> Quello che invece non ho mai capito e' perche' gli spumanti migliori
> hanno un perlage piu' fine. Forse perche' il lungo invecchiamento lega
> maggiormente la CO_2 non solo all'acqua, ma anche ad altre sostanze
> contenute nel vino, rallentandone il rilascio?

Le dimensioni delle bolle sono legate all'adesione delle bolle stesse
alla parete: se si staccano prima il perlage è più fine.

> I buongustai suggeriscono di gettare il sale nell'acqua della pasta solo
> quando si vedono le prime bollicine sul fondo: l'ebollizione allora e'
> improvvisa e spettacolare. Io credo sia solo coreografia, e il sale lo
> metto prima. Credo che la nucleazione non sia dovuta tanto al sale,
> quanto all'aria che esso trascina nella massa liquida.

Mai provato a mettere un cucchiaino di zucchero in una bibita gassata? Si
produce un'effervescenza improvvisa: ho sempre creduto che fosse perché i
granelli agevolano la formazione delle bolle.

> Nel caso delle vibrazioni? Microvortici?

Variazioni locali di pressione?


--
Firma in allestimento