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Calcolatore per la Tensione di Vapore dell'Acqua

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Che cos'è la tensione di vapore? Definizione di tensione di vaporeFattori che influenzano la tensione di vaporeFormule della tensione di vaporeTensione di vapore dell'acquaCome usare il calcolatore per la tensione di vapore dell'acquaFAQs

Il calcolatore per la tensione di vapore dell'acqua è un pratico strumento che può aiutarti a determinare la pressione di vapore dell'acqua e del ghiaccio. Basta digitare la temperatura, e la tensione apparirà in un attimo — non esitare. Provaci! Se non sai cosa sia la tensione di vapore, continua a scorrere. Troverai la definizione, cinque diverse formule di tensione di vapore, e i dettagli su quella più utilizzata — l'equazione di Antoine.

Che cos'è la tensione di vapore? Definizione di tensione di vapore

Illustrazione della tensione di vapore, confine tra gas e liquido.

La tensione di vapore è la pressione esercitata da un vapore che si trova in equilibrio termodinamico con le sue fasi condensate (solide o liquide) in un sistema chiuso a una determinata temperatura. L'equilibrio, in altre parole, lo stato stazionario — tra evaporazione e condensazione si verifica quando:

Tasso di evaporazione del liquido = tasso di condensazione del gas

La tensione di vapore è una delle caratteristiche dei fluidi — misura la tendenza di un materiale a passare allo stato gassoso/vapore. La tensione di vapore di un liquido può essere misurata in molti modi, ad esempio con un manometro collegato al pallone con il liquido misurato.

Fattori che influenzano la tensione di vapore

Ci sono due fattori che influenzano la tensione di vapore:

  • Temperatura

    Più la temperatura è alta, più le molecole hanno energia sufficiente per uscire dal liquido o dal solido, il che porta a valori più alti di tensione di vapore.

    La temperatura di un liquido aumenta (TT\uparrow) → l'energia cinetica delle sue molecole aumenta (EkE_{\mathrm{k}}\uparrow) → il numero di molecole che sivaporizzano aumenta → la tensione di vapore aumenta (PP\uparrow)

    A temperature più basse, un numero minore di molecole ha energia sufficiente.

  • Natura della sostanza (tipi di molecole)

    La tensione di vapore sarà relativamente bassa per le sostanze con forze intermolecolari più forti. Al contrario, la tensione di vapore è relativamente alta per le forze relativamente deboli.

    Una cosa importante da menzionare è il fatto che l'area superficiale della sostanza liquida/solida a contatto con il gas non influisce sulla tensione di vapore. Quindi non importa se mettiamo il nostro liquido in un matraccio largo o in un cilindro graduato sottile — la tensione di vapore rimane la stessa.

Formule della tensione di vapore

Esistono molte formule diverse grazie alle quali è possibile calcolare la tensione di vapore dell'acqua. La più nota e consolidata è l'equazione di Antoine, ma esistono anche altri metodi (che funzionano meglio in condizioni tipiche). Nel nostro calcolatore, troverai implementate le seguenti formule:

1. Formula semplice:

Psemplice=e(20,386 5132T+273,15)P_{\mathrm{semplice}} = \mathrm{e}^{(20,386\ -\footnotesize\frac{5132}{T+273,15})}

dove la tensione di vapore è espressa in mmHg\mathrm{mmHg}, e la temperatura in kelvin.

2. Formula di Antoine:

PAntoine=10(A BC+T)P_\mathrm{Antoine} = 10^{(A\ -\footnotesize\frac{B}{C+T})}

La temperatura TT è espressa in gradi Celsius e la tensione di vapore PP è in mmHg\mathrm{mmHg}. Passa alla sezione successiva per saperne di più sulle costanti della formula di Antoine.

3. Formula di Magnus, nota anche come equazione di August-Roche-Magnus o Magnus-Tetens:

PMagnus=0, ⁣61094 ⁣× ⁣e(17,625×TT+243,04)P_{\mathrm{Magnus}}= 0,\!61094\!\times\!\mathrm{e}^{(\footnotesize\frac{17,625 \times T}{T+ 243,04})}

dove TT è espresso in °C\degree\mathrm{C}, e PP in kPa\mathrm{kPa}.

4. Formula di Tetens:

PTetens=0, ⁣61078 ⁣× ⁣e(17,27×TT+237,3)P_{\mathrm{Tetens}}= 0,\!61078 \!\times\!\mathrm{e}^{(\footnotesize\frac{17,27 \times T}{T + 237,3})}

dove TT è espresso in °C\degree\mathrm{C}, e PP in kPa\mathrm{kPa}.

5. Formula di Buck, nota anche come equazione di Arden Buck:

PBuck= 0, ⁣61121×e(18,678 T234,5)×(T257,14+T)\begin{split} P_{\mathrm{Buck}} =\ &0,\!61121\\&\times\mathrm{e}^{(18,678\ -\footnotesize\frac{T}{234,5})\times( \footnotesize\frac{T}{257,14+T})} \end{split}

dove TT è espresso in °C\degree\mathrm{C}, e PP in kPa\mathrm{kPa}.

Puoi anche utilizzare un'altra equazione, chiamata formula di Goff-Gratch, ma poiché è più complicata (e approssimativamente precisa come la formula di Buck), non l'abbiamo implementata nel nostro calcolatore per la tensione di vapore dell'acqua. La tabella seguente mostra il confronto tra le diverse formule per diverse temperature comprese nell'intervallo 0 °C0\ \degree\mathrm{C}-100 °C100\ \degree\mathrm{C}. I valori di riferimento provengono da Lide table con la tensione di vapore dell'acqua (tutti i pH sono indicati in kPa\mathrm{kPa}).

T [°C]

T [F]

P (Lide table)

P (Semplice)

P(Antoine)

P (Magnus)

P (Tetens)

P (Buck)

0

32

0,6113

0,6593 (+7,85%)

0,6056 (-0,93%)

0,6109 (-0,06%)

0,6108 (-0,09%)

0,6112 (-0,01%)

20

68

2,3388

2,3755 (+1,57%)

2,3296 (-0,39%)

2,3334 (-0,23%)

2,3382 (+0,05%)

2,3383 (-0,02%)

35

95

5,6267

5,5696 (-1,01%)

5,6090 (-0,31%)

5,6176 (-0,16%)

5,6225 (+0,04%)

5,6268 (+0,00%)

50

122

12,344

12,065 (-2,26%)

12,306 (-0,31%)

12,361 (+0,13%)

12,336 (+0,08%)

12,349 (+0,04%)

75

167

38,563

37,738 (-2,14%)

38,463 (-0,26%)

39,000 (+1,13%)

38,646 (+0,40%)

38,595 (+0,08%)

100

212

101,32

101,31 (-0,01%)

101,34 (+0,02%)

104,077 (+2,72%)

102,21 (+1,10%)

101,31 (-0,01%)

Come puoi notare, l'equazione di Antoine è ragionevolmente precisa per le temperature più alte, ma quelle basse sono calcolate con un errore abbastanza grande. L'equazione di Tetens funziona bene per l'intervallo 0 °C0\ \degree\mathrm{C}-50 °C50\ \degree\mathrm{C}, ma Buck li batte tutti per ogni valore controllato. I valori iniziano a differire in modo significativo per temperature superiori a 100 °C100\ \degree\mathrm{C}, e l'equazione di Antoine è solitamente la più precisa.

Equazione di Antoine

L'equazione di Antoine deriva dalla relazione Clausius-Clapeyron (quella che abbiamo usato nel nostro calcolatore per il punto di ebollizione 🇺🇸). Si tratta di una formula semi-empirica che descrive l'associazione tra tensione di vapore e temperatura. Funziona per molte sostanze, anche se è necessario conoscere i coefficienti. Di solito vengono utilizzate due serie di parametri per un singolo componente:

PAntoine=10(A BC+T)P_{\mathrm{Antoine}} = 10^{(A\ -\footnotesize\frac{B}{C+T})}
  • Uno per descrivere la curva della pressione di vapore fino al normale punto di ebollizione. Per l'acqua, si tratta dell'intervallo 0 °C0\ \degree\mathrm{C}-100 °C100\ \degree\mathrm{C}.
A=8, ⁣07131B=1730, ⁣63C=233, ⁣426\qquad \begin{split} A& = 8,\!07131\\ B& =1730,\!63\\ C&=233,\!426 \end{split}

Quindi l'equazione di Antoine è:

PAntoine=10(8,07131 1730,63233,426+T)\qquad P_{\mathrm{Antoine}} = 10^{(8,07131\ -\footnotesize\frac{1730,63}{233,426+T})}
  • Il secondo è per l'intervallo dal punto di ebollizione normale al punto critico (100 °C100\ \degree\mathrm{C}-374 °C374\ \degree\mathrm{C} per l'acqua)
A=8, ⁣14019B=1810, ⁣94C=244, ⁣485\qquad \begin{split} A& = 8,\!14019\\ B& =1810,\!94\\ C&=244,\!485 \end{split}

Quindi la formula è la seguente:

PAntoine=10(8,14019 1810,94244,485+T)\qquad P_{\mathrm{Antoine}} = 10^{(8,14019\ -\footnotesize\frac{1810,94}{244,485+T})}

L'equazione di Antoine viene talvolta semplificata (omettendo il coefficiente C) o estesa con tre termini aggiuntivi, che possono aumentare la flessibilità dell'equazione.

🙋 Prima di passare alla sezione successiva, assicurati di padroneggiare le conversioni tra le varie unità di misura della pressione — il nostro strumento convertitore di pressione 🇺🇸 è una guida completa per farlo. Puoi anche provare il nostro strumento convertitore della temperatura 🇺🇸 per un esercizio mnemonico più semplice!

Tensione di vapore dell'acqua

La tensione di vapore dell'acqua è la pressione alla quale il vapore acqueo è in equilibrio termodinamico con il suo stato condensato. L'acqua si condenserà se aumentiamo la tensione e manteniamo la temperatura.

Dai un'occhiata a questa pratica tabella della tensione di vapore dell'acqua per trovare rapidamente la pressione a diverse temperature:

T [°C]

T [°F]

P [kPa]

P [torr]

P [atm]

0

32

0,6113

4,5851

0,0060

5

41

0,8726

6,5450

0,0086

10

50

1,2281

9,2115

0,0121

15

59

1,7056

12,7931

0,0168

20

68

2,3388

17,5424

0,0231

25

77

3,1690

23,7695

0,0313

30

86

4,2455

31,8439

0,0419

35

95

5,6267

42,2037

0,0555

40

104

7,3814

55,3651

0,0728

45

113

9,5898

71,9294

0,0946

50

122

12,3440

92,5876

0,1218

55

131

15,7520

118,1497

0,1555

60

140

19,9320

149,5023

0,1967

65

149

25,0220

187,6804

0,2469

70

158

31,1760

233,8392

0,3077

75

167

38,5630

289,2463

0,3806

80

176

47,3730

355,3267

0,4675

85

185

57,8150

433,6482

0,5706

90

194

70,1170

525,9208

0,6920

95

203

84,5290

634,0196

0,8342

100

212

101,3200

759,9625

1,0000

Due formule hanno una versione per la tensione di vapore dell'acqua sul ghiaccio (quindi per temperature inferiori a 0 °C0\ \degree\mathrm{C}). Inserisci nel calcolatore le temperature negative e la tensione di vapore verrà determinata in base alle formule di Buck e Teten.

🙋 Per uno strumento più generico, visita il nostro calcolatore per la tensione di vapore 🇺🇸!

Come usare il calcolatore per la tensione di vapore dell'acqua

Ora che sai cos'è la tensione di vapore, e hai imparato diverse formule di pressione di vapore, è giunto il momento di fare una dimostrazione pratica. Questo calcolatore è uno dei più facili da usare — devi inserire solo un valore, quindi non dovresti avere problemi a usarlo! Ma per sicurezza, ti mostriamo un esempio:

  1. Inserisci la temperatura. Supponiamo di voler calcolare la tensione di vapore dell'acqua in 30 °C30\ \degree\mathrm{C};

  2. Poof! Il calcolatore per la tensione di vapore dell'acqua trova la pressione secondo cinque formule. La più utilizzata è l'equazione di Antoine (4, ⁣232 kPa4,\!232\ \mathrm{kPa}), ma la formula di Buck (4, ⁣245 kPa4,\!245\ \mathrm{kPa}) è solitamente la più precisa per gli intervalli di temperatura che tipicamente cerchiamo; e infine

  3. Se vuoi ottenere il risultato in un'unità di pressione diversa, clicca sul nome dell'unità e scegli quella che ti serve: Pa\mathrm{Pa} hPa\mathrm{hPa} , torr\mathrm{torr}, mmHg\mathrm{mmHg} o qualsiasi altra unità.

FAQs

Che cos'è la tensione di vapore?

La tensione di vapore dell'acqua è il punto di equilibrio tra il numero di molecole d'acqua che si muovono tra la fase liquida e la fase gassosa in un contenitore chiuso. In questo punto, le molecole che escono dalla fase liquida ed entrano in quella gassosa sono tante quante quelle che escono dalla fase gassosa ed entrano in quella liquida.

La tensione di vapore aumenta con la temperatura?

Sì, la tensione di vapore aumenta con la temperatura perché le molecole ricevono più energia per uscire dalla fase liquida e passare alla fase gassosa. Nota che è necessario un contenitore chiuso, altrimenti le molecole in fase gassosa voleranno via.

Come si calcola la tensione di vapore dell'acqua a 80 °C?

La tensione di vapore dell'acqua a 80 °C sarà di 47,27 kPa (formula di Antoine) o 46,19 kPa (formula semplice).

Per trovare la tensione di vapore dell'acqua:

  1. Usa una delle approssimazioni più diffuse, ad esempio la formula di Antoine:

    PAntoine = 10(A-B) / (C+T) = 10(8,14019-1810,94) / (244,485+T);

  2. Inserisci T = 80 °C in gradi Celsius: 10(8,14019 − 1810,94) / (244,485 + 80);

  3. Calcola 101,6746 = 47,27 kPa; e

  4. Confronta con la formula semplificata:

    Psemplice = e(20,386−5132) / (T+273,15) = e(20,386−5132) / (80+273,15) = 46,19 kPa.

La pressione di vapore dell'acqua può essere pari a zero?

No, la pressione di vapore non può essere pari a zero quando la temperatura è superiore allo zero assoluto. Nota che molti oggetti hanno risieduto per eoni nel vuoto dello spazio, la cui temperatura non è lo zero assoluto, ma non sono evaporati perché hanno una pressione di vapore non nulla (ad esempio, gli asteroidi).

Perché la tensione di vapore dell'acqua è così importante?

La tensione di vapore dell'acqua è fondamentale per le forme di vita sulla Terra, in quanto il suo valore è abbastanza alto da consentire il processo di evaporazione, ma abbastanza basso da consentire anche l'esistenza di acqua liquida e solida.

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