Leí un artículo últimamente y decía que el agua se convierte en vapor cuando alcanza su punto de ebullición. Pero me llevó a otra pregunta. ¿Por qué el agua hierve y por qué el agua se convierte en gas cuando hierve?
Las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción entre ellas y forman el estado líquido.
En primer lugar, comience con un recipiente con agua líquida y una aspiradora sobre el agua líquida.
Este recipiente y el agua que contiene se mantienen a una temperatura constante.
Algunas moléculas de agua líquida tendrán suficiente energía cinética para superar la atracción de las moléculas de agua líquida vecinas y escapar de la superficie del agua líquida y convertirse en vapor de agua.
Hay una migración neta con moléculas de agua líquida que se convierten en moléculas de vapor de agua.
A medida que pasa el tiempo y aumenta la cantidad de moléculas de vapor de agua, algunas de esas moléculas de vapor de agua golpearán la superficie del agua y se convertirán en parte del agua líquida.
Eventualmente, hay suficientes moléculas de vapor de agua y se establecerá un equilibrio dinámico en el que la velocidad a la que el agua líquida se convierte en vapor de agua es exactamente la misma que la velocidad a la que el vapor de agua se convierte en agua líquida.
La presión del vapor de agua cuando se cumple esta condición se denomina presión de vapor saturado.
El aumento de la temperatura significa que la energía cinética promedio de las moléculas de agua aumenta y, por lo tanto, aumenta la probabilidad de que un líquido de agua se escape de la superficie del líquido.
Entonces, la velocidad a la que el agua líquida se convierte en vapor de agua aumenta.
Durante un tiempo hay una migración neta de agua líquida a vapor de agua hasta que el aumento en la densidad del vapor de agua es suficiente para que se establezca un nuevo equilibrio dinámico.
La presión de vapor saturado aumenta a medida que aumenta la temperatura.
Elevar la temperatura aumentará la presión de vapor saturado hasta que llegue una temperatura en la que la densidad del vapor sea la misma que la densidad del líquido.
El límite (superficie) entre el líquido y el vapor desaparece y solo tienes una fase.
Esa temperatura se llama temperatura crítica y aquí hay un video que muestra este efecto .
El agua líquida no existe por encima de su temperatura crítica de
Ahora considere una situación en la que hay agua líquida y aire, todo el sistema se mantiene a temperatura y presión constantes.
De nuevo, las moléculas de agua líquida escapan para formar vapor de agua.
La densidad de las moléculas de vapor de agua en el aire aumenta y, al mismo tiempo, aumenta la velocidad a la que regresan las moléculas de vapor de agua.
Eventualmente se alcanza un equilibrio dinámico y la presión del vapor de agua en el aire es la presión de vapor saturado.
La presión total del gas sobre la superficie del líquido es la suma de la presión del aire y la presión del vapor de agua.
El aumento de la temperatura aumentará la presión de vapor saturado y dado que la presión se mantiene constante, eso significa que se reduce la contribución a la presión total de las moléculas de aire.
La densidad del aire se ha reducido en el espacio sobre la superficie del líquido.
Si todavía queda líquido, llegará una temperatura en la que la presión de vapor saturado sea igual o muy, muy ligeramente superior a la presión que se ejerce sobre el sistema y ahora obtendrá una conversión de agua líquida a vapor de agua no solo en la superficie, pero se vuelve energéticamente favorable para que se cree una nueva superficie dentro de la mayor parte del líquido: se forman burbujas de vapor y comienza la ebullición.
Más moléculas de líquido de agua salen del líquido que moléculas de vapor de agua que llegan al líquido.
Entonces, la ebullición ocurre cuando la presión de vapor saturado del líquido es igual a la presión externa.
Cambiar la presión externa cambiará el punto de ebullición del líquido.
La diferencia entre estos dos escenarios es el hecho de que para el primer caso el sistema estaba en un recipiente sellado y la presión aumentaba a medida que aumentaba la temperatura, mientras que en el segundo caso la presión se mantenía constante.
El agua como líquido o gas (vapor) es esencialmente un grupo de moléculas. Incluso a temperatura ambiente, el agua contenida en un vaso se evapora. Lo que sucede es que algunas de las moléculas de agua en la capa superior del agua reciben un "golpe" de las moléculas presentes en las capas inferiores. Y dejan de vagar en el ambiente. Pero algunas de las moléculas de agua en el aire también están bajo la influencia del agua en el frasco. Y luego se meten en el frasco. Hay un equilibrio. Lo que sale, entra. Cuando aumenta la temperatura, el número de moléculas que salen aumenta en comparación con el número de moléculas que entran. En el punto de ebullición, esta diferencia de velocidad es grande. ¡Es por eso que el punto de ebullición cambia con la presión!
rojoarenosoladrillo
JMLCarter