Punto di ebollizione

 

Il punto di ebollizione è un concetto chiave che collega la temperatura e la pressione di un liquido. Questo valore si riferisce al livello di temperatura al quale la pressione di vapore di un liquido è uguale alla pressione che lo circonda. Successivamente, spiegheremo più dettagliatamente questo concetto importante in tutti i tipi di sistemi, inclusa la refrigerazione. 

Che cos’è il punto di ebollizione?

Come anticipato, il punto di ebollizione è un punto di temperatura dei liquidi. Si riferisce specificamente al livello di temperatura che un liquido deve avere per passare dallo stato liquido a quello gassoso. Il punto di ebollizione può anche essere definito come l’opposto del punto di condensazione. Infatti, il punto di condensazione sarebbe quella temperatura alla quale un gas passa allo stato liquido. 

Va notato che il punto di ebollizione è legato ad altri concetti, come il concetto di pressione atmosferica. Per illustrare questo, si può pensare al livello del mare, dove la pressione atmosferica sarebbe il livello di riferimento a 1 atm. Questo livello equivale anche a 760 mmHg, un valore di riferimento per la pressione del mercurio e che tradizionalmente serve come riferimento per la temperatura. Questo concetto significa che, nei valori della pressione propria delle aree marine, la temperatura di ebollizione sarà di 100 °C, il che è dovuto al fatto che la pressione di vapore in questo luogo è di 1 atm. Si può aggiungere che la temperatura di una sostanza è, in realtà, una misura dell’energia cinetica. L’energia cinetica si riferisce al movimento delle molecole all’interno di un corpo. 

Quando le temperature sono inferiori al punto di ebollizione, solo una frazione delle molecole sulla superficie ha abbastanza energia per rompere i loro legami ed evaporare. Le altre molecole (quelle che compongono il corpo centrale del fluido) non possono farlo. Quindi, nel momento in cui la maggior parte delle molecole raggiunge il livello di energia cinetica proprio del punto di ebollizione, sono in grado di liberarsi dal resto del tutto (non solo quelle sulla superficie) e quindi iniziare ad evaporare. 

In sintesi, si può dire che il punto di ebollizione dipende dalla massa molecolare di una sostanza e, allo stesso tempo, dal tipo di forze intermolecolari in essa presenti. Inoltre, è necessario che appaiano movimenti o imperfezioni per poter creare bolle lungo l’intero volume del liquido. Durante il processo di raggiungimento del punto di ebollizione, la temperatura rimane costante per tutto il processo. Infatti, indipendentemente dal fatto che venga immessa più energia, la temperatura rimarrà costante. L’unica cosa che si otterrà fornendo più energia è aumentare il numero di molecole che sfuggono da un liquido, 

il che non significa che un liquido non possa essere riscaldato oltre la temperatura del punto di ebollizione; può essere fatto e sarà allora chiamato liquido surriscaldato. Questo tipo di liquidi può essere pericoloso, poiché qualsiasi cambiamento porta a un’ebollizione esplosiva. 

Fattori che influenzano il punto di ebollizione

Il punto di ebollizione è un fattore che dipende da diversi aspetti. Il primo è la massa molecolare della sostanza, e il secondo è il tipo di forze intermolecolari della sostanza. Per conoscerlo, è necessario sapere se la sostanza stessa è covalente polare o non polare. Inoltre, è necessario conoscere il tipo di legami presenti. In qualsiasi tipo di liquido, il punto di ebollizione è un valore raggiunto quando la pressione del vapore d’acqua è uguale alla pressione atmosferica. 

Vale a dire, il fattore che influisce maggiormente sul punto di ebollizione di un liquido è la pressione circostante che lo circonda. Nei sistemi aperti, la pressione è solitamente quella dell’atmosfera stessa. Come detto, la temperatura standard è di 100 gradi al livello del mare. Ora, man mano che l’altitudine aumenta, la pressione diminuisce (poiché ci sono meno molecole presenti e l’aria ha una densità inferiore). Ciò provoca un abbassamento del punto di ebollizione, rendendo più “semplice” o meno energivoro raggiungere quel punto. 

Ad esempio, nel caso di alcune delle vette più alte del mondo, il punto di ebollizione è di 72°C. Nel caso di liquidi diversi dall’acqua, il punto di ebollizione viene calcolato tenendo conto di altri fattori. Il più importante tra questi – come accennato in precedenza – è quello dei legami molecolari. 

Un esempio di ciò è l’alcol etilico, che bolle a 78,5°C. Questo valore è quello che ha al livello del mare. Altri liquidi come l’etere hanno punti di ebollizione anche inferiori a 0°C. Pertanto, molte sostanze hanno una forma gassosa se si trovano semplicemente a temperatura ambiente. Inoltre, il punto di ebollizione di una sostanza può anche essere modificato utilizzando un soluto. Ovvero, aggiungendo una sostanza; ad esempio, il sale, che aumenta la temperatura del punto di ebollizione. 

Applicazioni del punto di ebollizione

Le applicazioni del punto di ebollizione sono molteplici nella vita quotidiana. Ad esempio, il concetto di punto di ebollizione è alla base di alcuni processi come la cottura degli alimenti. Infatti, quanto detto riguardo alla pressione atmosferica e al punto di ebollizione è alla base del funzionamento di una pentola a pressione. In uno di questi contenitori viene creata un’atmosfera ermetica, che riduce notevolmente il punto di ebollizione di questo liquido. Aggiungere un soluto come il sale aumenta il punto di ebollizione senza aumentare la pressione in questo processo. 

Determinare il punto di ebollizione di una sostanza è anche essenziale in alcuni processi relativi al condizionamento dell’aria e al raffreddamento degli spazi, poiché i loro condotti trasportano gas e liquidi che necessitano di una temperatura di riferimento per evitare di cambiare stato. La necessità di identificare un prodotto può essere aggiunta come applicazione del punto di ebollizione. Come accennato, ogni sostanza ha un punto di ebollizione fisso a seconda di determinate circostanze ambientali. Pertanto, è possibile identificare quale sostanza viene manipolata scoprendo quale sia il suo punto di fusione. Questa procedura può quindi essere utilizzata per conoscere l’identità e la natura di un composto o di una sostanza. 

Queste applicazioni sono essenziali quando si lavora con la sicurezza dei materiali e anche quando si sviluppano schede tecniche di prodotto e di processo. Per conoscere questi valori, vengono solitamente condotti esperimenti sul punto di ebollizione, che vengono effettuati a intervalli di temperatura. Questi intervalli sono generalmente ampi e possono raggiungere una temperatura fino a 350 °C, consentendo di lavorare con varie sostanze. Naturalmente, attraverso questi processi è anche possibile sapere quale sia il comportamento di una sostanza date determinate circostanze del suo ambiente. In questi esperimenti, altri valori legati al punto di ebollizione possono variare; ad esempio, la pressione a cui è sottoposta la sostanza o il soluto applicato ad essa. Questo è particolarmente utile per sostanze che devono operare in ambienti ad alta salinità o in condizioni di pressione anormali che non corrispondono a quelle della pressione naturale nell’atmosfera. Tali esperimenti devono sempre essere condotti in condizioni controllate.