definición y significado de evaporazione

Il vapore acqueo che evapora da una tazza di tè caldo diviene visibile in seguito alla sua condensazione in minutissime goccioline. Si parla di equilibrio dinamico.

L'evaporazione è il passaggio di stato dal liquido a quello aeriforme che coinvolge la sola superficie del liquido. Sopra la temperatura di ebollizione avviene invece il processo di ebollizione. Entrambi i processi rappresentano il cambiamento di stato da liquido a aeriforme, per cui vengono identificati sotto il nome di vaporizzazione.^[1]

Descrizione termodinamica

Nel processo di evaporazione, l'entalpia del liquido soggetto ad evaporazione diminuisce di una quantità specifica denominata calore latente del liquido, fatto dovuto alla sottrazione di energia cinetica. Nei liquidi puri (ossia non in soluzione) questa cessione di energia avviene in modo isotermico, ossia senza variazione di temperatura.

A differenza del fenomeno dell'ebollizione, che avviene a temperature caratteristiche per ogni sostanza (a pressione fissata) e coinvolge l'intera massa di liquido, l'evaporazione avviene a qualsiasi temperatura, e coinvolge solo il pelo libero di un liquido.^[2]. In queste condizioni una molecola evapora dalla superficie liquida se acquista energia cinetica sufficiente a sfuggire il che avviene in maniera del tutto casuale ovvero statistica.

Il fenomeno dell'evaporazione segue la legge di Dalton, cioè la fluenza della portata massica vale:

$\frac {\partial \dot m}{\partial S} = - D_m \frac{\rho_s-\rho_r}{\delta}$

oppure in termini energetici, l'irradianza vale:

$I = -\Delta_b H^0 \frac{\rho_s-\rho_r}{\mathrm {R_a}}$

Dalla legge di Boyle:

$\rho = 2,14 \frac{p}{T}$

e quindi:

$I= -2,14 \Delta_b H^0 \frac{p_s-p_r}{R_a \, T}$

D_m: diffusività massica del vapore d'acqua
δ: spessore dello strato limite
ρ_s: densità del vapore sulla superficie evaporante
ρ_r: densità del vapore sull'interfaccia strato limite-atmosfera
Δ_bH⁰: entalpia di vaporizzazione
p_s: pressione di vapore sulla superficie evaporante
p_r: pressione di vapore sulla interfaccia strato limite atmosfera
R_a: resistenza massica di diffusione
R_t: resistenza massica eventuale del tessuto che contiene il liquido

e quindi:

$I= -2,14 \Delta_b H^0 \frac{p_s-p_r}{R_a \, R_t \, T}$

Evaporazione naturale

In natura l'evaporazione è fondamentale nel ciclo dell'acqua: fiumi, laghi, mari e oceani cedono parte della propria acqua che raggiunge l'atmosfera sotto forma di vapore. Il vapore per condensazione si trasforma successivamente in pioggia, neve o grandine. La fonte esterna di calore è il Sole.^[3]. L'evaporazione è funzione diretta della temperatura e funzione inversa della pressione di vapore (umidità relativa) dell'ambiente: all'aumentare della temperatura aumenta il flusso evaporante ed alla saturazione dell'ambiente si ha raggiungimento dell'equilibrio ovvero ad ogni molecola che evapora ce n'è in media un'altra che ritorna nella fase liquida. Anche la circolazione aerea ovvero il vento può favorire l'evaporazione.

Nelle saline si sfrutta il fenomeno dell'evaporazione naturale per la produzione di sale.

Evaporazione industriale

Per approfondire, vedi la voce Evaporatore.

Evaporatore a film cadente per il trattamento della soda caustica.

L'evaporazione in impiantistica è il nome di due operazioni unitarie in cui:

viene rimosso, mediante somministrazione di energia termica, un componente non volatile di una soluzione o di una sospensione (che viene portata oltre il suo punto di ebollizione), ottenendo così una soluzione o sospensione più concentrata negli altri componenti. ^[4]
viene scambiato calore allo scopo di ottenere la vaporizzazione di un liquido.^[5] Ne è un esempio l'evaporatore di un ciclo frigorifero.

Nel primo caso l'obiettivo dell'operazione è la separazione, mentre nel secondo caso è lo scambio termico. In ambedue i casi l'apparecchiatura atta a compiere il processo unitario è detta evaporatore.

Note

^ Rolla, op. cit., p. 98
^ http://www.interfred.it/Scuola/Fisica/Vaporizzazione/Evaporazione_ebollizione.htm
^ Il ciclo dell'acqua
^ Concentrazione per evaporazione
^ Si noti che rispetto al significato comune del termine si ha una discrepanza: infatti durante l'evaporazione (impiantisticamente parlando) si ha in realtà la transizione di fase che viene indicata con il nome di ebollizione (differente dall'evaporazione).

Bibliografia

Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29^a ed., Dante Alighieri, 1987.
Robert H. Perry, Don W. Green - Chemical Engineers' Handbook, 8th Edition pp- 11-107 segg.- McGraw Hill - ISBN 0-07-142294-3
D. Q. Kern - Process Heat Transfer (1950) - McGraw-Hill - ISBN 0-07-034190-7
Guarise G. Berto, "Lezioni di impianti chimici. Concentrazione per evaporazione, cristallizzazione", editore CLEUP, 2006. ISBN 88-7178-795-1

Voci correlate

Altri progetti

Wikibooks contiene testi o manuali sull'evaporazione
Commons contiene file multimediali su evaporazione
Wikizionario contiene il lemma di dizionario «evaporazione»

Collegamenti esterni

V · D · M Stati della materia
Principali	Solido · Liquido · Gas · Plasma
Cambiamenti di stato	Fusione · Solidificazione · Cristallizzazione · Punto di fusione · Ebollizione · Evaporazione · Condensazione · Sublimazione · Brinamento
Miscele	Sospensione · Dispersione · Soluzione · Lega · Colloide · Aerosol · Nebbia · Spray liquido · Fumo · Particolato · Polvere · Schiuma · Emulsione · Sol · Aerogel · Gel · Schiuma solida · Miscela gassosa
Altri	Vapore · Aeriforme · Fluido · Gas perfetto · Gas reale · Fluido supercritico · Superfluido · Supersolido · Condensato di Bose-Einstein · Condensato fermionico · Materia degenere · Materia strana · Plasma di quark e gluoni · Cristalli liquidi · Fluido ideale
Concetti	Punto triplo · Punto critico · Equazione di stato · Curva di raffreddamento · Fase · Solidus · Liquidus

V · D · M

Processi di separazione

Processi

Absorbimento · Adsorbimento · Assorbimento gas-liquido · Concentrazione · Cristallizzazione frazionata · Degasaggio · Dialisi · Elettrodialisi · Elettroflottazione · Essiccamento · Evaporazione · Evaporazione flash · Flocculazione · Flottazione · Lisciviazione · Osmosi · Osmosi inversa · Precipitazione · Scambio ionico · Sedimentazione · Setacciatura · Sublimazione · Ultracentrifugazione

Cromatografia	Cromatografia a permeazione di gel · Cromatografia a scambio ionico · Cromatografia di adsorbimento · Cromatografia di esclusione molecolare · Cromatografia di affinità · Cromatografia di ripartizione · Cromatografia liquida ad alta prestazione · Cromatografia su carta · Cromatografia su strato sottile · Gascromatografia
Distillazione	Distillazione catalitica · Distillazione frazionata · Distillazione in corrente di vapore
Elettroforesi	Elettroforesi capillare · Elettroforesi bidimensionale · Elettroforesi su gel di agarosio · Elettroforesi su gel di poliacrilammide · Elettroforesi delle sieroproteine
Estrazione	Estrazione liquido-liquido · Estrazione accelerata con solvente
Filtrazione	Microfiltrazione · Nanofiltrazione · Ultrafiltrazione