Umidità 100%


Prima di arrivare a livelli del genere, e ci arriveremo vicini come ogni estate, mi sembrava carino ricordare a chi non lo sapesse che un’umidità del 100% non è di per sé pericolosa per gli esseri viventi sprovvisti di branchie.

Se si legge in qualche tabella la composizione della cosiddetta “aria secca”, si trova che questa è fatta grossomodo per un 78% di azoto, per un 20% di ossigeno (e siamo già al 98%), appena meno dell’1% di argon, circa lo 0.03% di anidride carbonica e quel che resta per fare il 100% sono altri gas in tracce. Queste percentuali si riferiscono alla frazione molare, cioè, ad esempio, il 78% delle entità di cui è formato il gas sono molecole di azoto (che in atmosfera è presente in forma di molecola biatomica), mentre lo 0.8% circa è di atomi di argon (che è presente come “molecola” monoatomica).

Ma questa è aria secca, cioè completamente priva di umidità. Il vapore acqueo, cioè l’umidità dell’aria, può essere presente in proporzioni variabili. Al massimo, ad alte temperature ambientali, può raggiungere una frazione del 7-8% (il che significa che le altre componenti scalano proporzionalmente fino a formare complessivamente, ad esempio, il 93%).

Come si concilia allora il 100% con il 7%? Per capirlo occorre parlare di pressione. La pressione atmosferica media è, manco a farlo apposta, di 1 atmosfera. John Dalton, scienziato inglese, è famoso oltre che per aver descritto per primo un difetto visivo da cui scoprì non senza difficoltà, vista l’assenza di semafori, di essere affetto, per aver formulato un paio di leggi della chimica; una di queste, pubblicata nel 1807, spiega come in una miscela di gas come l’aria la pressione totale è data dalla somma delle pressioni che i singoli componenti avrebbero se fossero da soli ad occupare lo stesso volume.

Siccome la pressione del singolo gas dipende dalla frazione molare, si può dire che su 1 atmosfera, il 78%, cioè 0,78 atm, è la pressione parziale dell’azoto e così via.

La differenza tra il vapore acqueo e gli altri gas è appunto che il vapore acqueo è un vapore, cioè a temperatura ambiente può condensare e la sua fase liquida evaporare. Quanto? Non più di tanto. Cioè esiste un limite all’evaporazione. Se la pressione parziale del vapore è pari al limite, evaporano tante molecole d’acqua quante ne condensano di vapore. Finché la pressione parziale del vapore è inferiore al limite, evaporano più molecole d’acqua di quante ne condensino, e così si alza la pressione del vapore e piano piano si arriva all’equilibrio; se invece la pressione parziale del vapore è superiore al limite, ne evaporano meno di quante ne condensano, la pressione si abbassa e si va verso l’equilibrio. Facile facile.

La pressione limite si chiama pressione di vapore saturo. Il nome è suggestivo: se la pressione parziale è pari alla pressione di vapore saturo, significa che il vapore è saturo e di vapore non ce ne sta più, quello che arriva deve essere compensato da altro che se ne va. Il problema è che questa pressione di vapore saturo dipende dalla temperatura. Più la temperatura è elevata più alta è la pressione di vapore saturo. Più fa freddo, meno vapore può stare in aria. Ad esempio, a 10°C la pressione di vapore saturo è pari a 0,012 atm, cioè 1,2% della pressione totale, mentre a 40°C è di 0,073 atm, pari al 7,3% della pressione totale. Ecco qua il 7-8% di prima!

Quando si parla di umidità 100% vuol dire che la pressione di vapore è pari al 100% della pressione di vapore saturo alla temperatura misurata. Ad esempio, in un giorno con una temperatura di 40°C, una umidità del 100% significa che la pressione parziale del vapore è pari a 0,073 atm e quindi circa al 7,3% della pressione totale (che magari non è esattamente di 1 atm) e quindi su 100 molecole o atomi che inspiriamo 7 mediamente sono d’acqua. La percentuale d’ossigeno, escludendo altre cause di diminuzione, sarà intorno al 18.5% invece del 20%.

Quindi, la percentuale di umidità non si riferisce alla quantità di vapore in aria, ma alla frazione di pressione di vapore saturo alla temperatura misurata che costituisce la pressione parziale del vapore. E’ un po’ complicato ma serve a dare una misura immediata degli effetti dell’umidità.

Perché, che effetti ha un’alta umidità? La frazione dell’ossigeno cala insieme a quella di tutti gli altri componenti dell’aria secca, e questa, soprattutto in soggetti sensibili o con difficoltà respiratorie, è una differenza percepibile, associata al disagio dell’alta temperatura; in realtà questo effetto viene in parte mitigato dal fatto che solitamente le alte temperature e tassi di umidità sono anche associati ad alte pressioni atmosferiche, per cui la pressione parziale dell’ossigeno non scende di molto. Inoltre: l’evaporazione è inibita o fortemente penalizzata: i panni non asciugano, il sudore non evapora e non evaporando non sottrae calore al corpo; inoltre, l’umidità nell’aria diffonde la luce a tutte le frequenze, anziché prevalentemente alle alte frequenze di blu e violetto come avviene con l’aria secca, e così abbiamo quei bei cieli bianchi lattiginosi che caratterizzano l’afa nella pianura padana.

Un giochino carino dal punto di vista termodinamico è quello di raffreddare l’aria e poi riscaldarla di nuovo. Raffreddandola diminuisce la tensione di vapore saturo più della pressione parziale. Il che significa che il vapore si trova ad essere sovrassaturo e quindi una parte del vapore condensa. La condensa viene eliminata e l’aria riscaldata avrà meno umidità di quella di partenza. Questo giochino lo fa il condizionatore in modalità “deumidificatore”.

Insomma, buona estate, sperando in temperature e umidità clementi.

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