397 10.4 I diagrammi di Andrews Temperatura critica Distinzione tra gas e vapori a trasformazioni isoterme condotte a diverse temperature e rappresentate su un piano di Clapeyron (Fig. 10.10) detto diagramma di Andrews. Immaginiamo, solo per comodità, di ottenere queste isoterme partendo da destra per valori di basse pressioni e alti volumi e valutare il volume man mano che aumenta la pressione. Come si può notare, per temperature relativamente elevate, al di sopra di circa 50°C, le curve sono molto simili ad una iperbole, ovvero alle isoterme di Boyle. Per temperature più basse, circa 40°C, la curva perde il tipico profilo di una iperbole e presenta una sella poco sotto 90 atm. Tuttavia per queste isoterme, per quanto bassa possa essere la pressione, non si ha alcuna condensazione. Invece, per temperature di 31°C e inferiori, l isoterma cambia radicalmente forma perché interviene la condensazione dell anidride carbonica quando la pressione ha raggiunto un determinato valore. Durante il passaggio di stato la pressione, oltre alla temperatura, si mantiene costante ed al passaggio di stato corrisponde un tratto orizzontale dell isoterma. Completata la condensazione il liquido risulta pressoché incomprimibile, per cui l isoterma è praticamente una retta verticale. La prima temperatura alla quale si verifica la condensazione è detta temperatura critica (Tc) e rappresenta una condizione limite del comportamento degli aeriformi. Al di sopra della temperatura critica gli aeriformi non possono condensare per semplice compressione, quale che sia il valore di pressione finale. Al contrario, al di sotto della temperatura critica è possibile, comprimendo a sufficienza, ottenere la condensazione. In questo caso il valore della pressione di inizio condensazione dipende dalla sostanza e dalla temperatura. Per un uso corretto dei termini, chiameremo gas un aeriforme al di sopra della temperatura critica, e quindi non condensabile, mentre chiameremo vapore un aeriforme che si trova sotto la sua temperatura critica. Una stessa sostanza può quindi essere gas o vapore. Ad esempio, l anidride carbonica sotto i 31°C è un vapore, mentre è un gas (non condensabile) sopra i 31°C. Pressione 48,1°C 32,6°C 35,5°C 31,1°C 24,1°C Fig. 10.10 10a CAPITOLO_371-400.indd 397 Diagramma di Andrews per l anidride carbonica. 13,1°C Volume 27/04/12 11.57
