¿El vapor de agua se encuentra en un estado metaestable a 1 atm ya temperatura ambiente?

A 1 atm y temperatura ambiente, ¿el vapor de agua se encuentra en un estado metaestable? Tal como lo entiendo, el vapor de agua es agua en estado gaseoso cuando la fase estable del agua bajo esta temperatura y presión es líquida, no gaseosa. Entiendo que el vapor de agua puede ser el resultado de la evaporación, donde las moléculas de agua cerca de la superficie agua-aire pueden obtener suficiente energía de las fluctuaciones térmicas para escapar de la atracción de otras moléculas de agua del líquido y pasar libremente al aire. También tengo entendido que cuando el aire está saturado de vapor de agua, la velocidad a la que las moléculas de agua escapan del líquido es igual a la velocidad a la que las moléculas de vapor de agua se condensan en el líquido, pero creo que está fuera de la pregunta original.

Si la respuesta es afirmativa, ¿significa esto que las fluctuaciones térmicas ayudan al sistema a alcanzar un equilibrio termodinámico que corresponde a la coexistencia de estados de agua estables y metaestables en lugar de un estado estable de agua únicamente? Si es así, entonces realmente no entiendo por qué el equilibrio termodinámico no implica solo un estado estable, sino que obliga a que exista un estado metaestable. Me gustaría alguna explicación aquí.

Si la respuesta es no, ¿significa esto que en el sistema agua líquida + aire, el equilibrio termodinámico corresponde a aire saturado con vapor de agua, así como una fase líquida (suponiendo que haya suficiente agua líquida para saturar el aire), de modo que el la presión del vapor de agua en el líquido coincide con la del vapor de agua en el aire. Si es así, entonces realmente no entiendo qué representan los diagramas de fase de temperatura-presión del agua. Parecería que no representan necesariamente el estado de equilibrio del agua bajo la T y P indicadas. O tal vez lo hacen, pero son válidos solo para un sistema compuesto completamente por agua y no por agua + aire. Esta última suposición parece ser correcta, ¿verdad?

Sí. El diagrama de fase para el agua es para agua pura. Y la presión a una temperatura dada es la presión de vapor de equilibrio. Para una mezcla de aire y agua, la presión parcial de saturación del vapor de agua en la fase gaseosa es extremadamente cercana a la presión de vapor de equilibrio.
Cuando dices "sí", quieres decir sí, ¿a qué pregunta te hice? ¿La última, la del título u otra? Y cuando dice "la presión parcial de saturación del vapor de agua en la fase gaseosa está extremadamente cerca de la presión de vapor de equilibrio". No estoy seguro de lo que significa presión parcial de saturación. Si esa es la presión de saturación, entonces no entiendo por qué diferiría de la presión de vapor de equilibrio. Siéntase libre de elaborar.
El sí se refiere a lo que dije en mi siguiente oración. Con respecto a la presión parcial de saturación, lo que quise decir fue que, cuando la fase gaseosa está saturada con vapor de agua (es decir, el punto de rocío), la presión parcial del vapor de agua en la fase gaseosa es igual a la presión de vapor de equilibrio.
El vapor de agua en un estado metaestable existe como vapor sobreenfriado, pero difícilmente a 1 atm y temperatura ambiente. Por cierto, ¿es esta pregunta sobre el agua o el sistema aire/agua?
@aventurin La pregunta es sobre el sistema aire/agua. Entonces, todo indica que mi última conjetura es la respuesta correcta, es decir, que la respuesta a la pregunta del título es no, y que el equilibrio termodinámico del sistema aire/agua se alcanza cuando la presión del vapor de agua en el agua y la del aire partidos. Si el sistema fuera solo agua (por ejemplo, en una bolsa de plástico no rígida cerrada), no habría vapor de agua a esta presión y temperatura. Siéntase libre de escribir una respuesta porque la actual no es satisfactoria.

Respuestas (2)

El vapor de agua metaestable existe como vapor sobreenfriado o en aire sobresaturado, por ejemplo, en ausencia de núcleos de condensación de nubes .

A temperatura ambiente y una presión de 1 atm existe aire sobresaturado, pero dudo que sea posible preparar vapor de agua puro sobreenfriado en estas condiciones.

El diagrama de fase habitual del agua describe el agua como una sustancia pura, no como una mezcla n-aria con gases. De acuerdo con este diagrama de fase, el agua es líquida a 20 ° C y 1   a t metro ( 1013.25   h PAG a ).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Sin embargo, cuando sigues la línea T = 20 ° C , encontrará una intersección con la curva que separa la fase vapor y líquida. La presión en este punto ( 23   h PAG a ) se llama presión de vapor en 20 ° C . Esto es aproximadamente lo mismo que la presión parcial del agua en aire saturado a la misma temperatura. Entonces puedes pensar en las moléculas de aire como meros espectadores que no contribuyen a la "presión del agua".

Conclusión: La respuesta sería no bajo la suposición adicional de que el aire está saturado con vapor de agua. Sin embargo, si el aire está sobresaturado con vapor de agua, el vapor de agua estaría en un estado meestable y la respuesta sería afirmativa.

Buen trabajo. Si entiendo bien, la respuesta a mi pregunta sobre el título es un no. En el sistema aire + agua, el vapor de agua se encuentra en estado estable a temperatura ambiente y 1 atm. Si pudiera agregar "La respuesta a su pregunta de título es un no" o algo así, con gusto aceptaría su respuesta.
No me atrevo a decir que no, ya que, como se ha dicho, el sistema agua + aire a 1 atm y temperatura ambiente podría contener aire sobresaturado de vapor de agua. Esto haría un sistema metaestable. La respuesta sería no bajo la suposición adicional de que el aire está saturado con vapor de agua.
Ok, entonces si pudiera agregar "La respuesta sería no bajo la suposición adicional de que el aire está saturado con vapor de agua. Sin embargo, si el aire está sobresaturado con vapor de agua, entonces el vapor de agua estaría en un estado mestaestable y la respuesta sería sí. ", que sería genial. Acepto tu respuesta porque ya estoy satisfecho. ¡Muchas gracias!

Un líquido necesariamente requiere muchas moléculas de agua para juntarse.

¿Podría preguntar cuántos se requieren antes de que se considere un líquido?

Si la respuesta es "más de uno", entonces sí, las moléculas de vapor de agua en el aire chocan entre sí todo el tiempo.

Solo cuando las condiciones de la colisión conducen a la combinación debido a los enlaces de hidrógeno, se forma un líquido.

Estos enlaces pueden existir momentáneamente antes de romperse, en cuyo caso el líquido se convierte nuevamente en gas. No estoy seguro de lo que quiere decir con metaestable en este contexto, pero podría describirse como biestable .

De hecho, el comportamiento del agua en el aire es diferente al del vacío.

Un vacío puede ser un espacio vacío y, por lo tanto, una presión baja, pero si el vapor de agua se comprime y se enfría en una caja de acero, se puede lograr una presión más alta en ausencia de aire y se licuará.

Los diagramas PT ideales para agua deben estar en ausencia de aire. Es una buena aproximación al comportamiento en presencia de aire.

Note es en realidad un líquido bastante especial (o tal vez solo pasamos más tiempo estudiándolo). Desde la primera observación de que el sólido flota sobre el líquido sigue deparando misterios.

No estoy seguro de cómo esto responde a mis preguntas. De todos modos, por metaestable me refiero a un estado como el diamante a 1 atm y temperatura ambiente. No está en un estado estable, pero se está convirtiendo lentamente en grafito. Está en un estado metaestable.
De acuerdo, mi error, busqué en.wikipedia.org/wiki/Metastability . Podría decir que el vapor de agua es un estado estable de energía más alto para el agua dentro de su sistema, luego reivindique la metaestabilidad por eso. Por lo tanto, la respuesta a su primera pregunta es sí.
La segunda pregunta, sí, los estados estable (líquido) y metaestable (vapor de agua) están en equilibrio; con agua moviéndose entre los dos en igual cantidad. Esto es posible porque la energía no se distribuye uniformemente en todo el sistema cerrado. La gravedad acerca las moléculas de baja energía, aumentando la posibilidad de una colisión liberando una molécula de mayor energía nuevamente.
No creo que esto sea correcto. Por los comentarios que recibo, parece que el vapor de agua no está en un estado metaestable. Además de eso, también dudo que la gravedad aumente la probabilidad de que una colisión libere una molécula de mayor energía nuevamente. Si puede respaldar esta afirmación con algunas matemáticas, me encantaría aprender de ella.
Si está involucrado más de un estado de energía diferente, debe ser metaestable. Es cierto que el vapor de agua no es metaestable, pero esa afirmación excluye al agua líquida como estado.
¿El vapor de agua se encuentra en un estado metaestable a 1 atm ya temperatura ambiente?
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