En el mundo que nos rodea, una gran variedad de diferentes fenómenos y procesos físicos ocurren constante y continuamente. Uno de los más importantes es el proceso de evaporación. Hay varios requisitos previos para este fenómeno. En este artículo analizaremos cada uno de ellos con más detalle.
¿Qué es la evaporación?
Este es el proceso de convertir sustancias en un estado gaseoso o vaporoso. Es típico solo para sustancias de consistencia líquida. Sin embargo, algo similar se observa en los sólidos, solo que a este fenómeno se le llama sublimación. Esto se puede ver mediante la observación cuidadosa de los cuerpos. Por ejemplo, una barra de jabón se seca con el tiempo y comienza a agrietarse, esto se debe a que las gotas de agua en su composición se evaporan y pasan a estado gaseoso H2O.
Definición en física
La evaporación es un proceso endotérmico en el que la fuente de energía absorbida es el calor de transición de fase. Incluye dos componentes:
- una cierta cantidad de calor necesaria para vencer las fuerzas moleculares de atracción cuando hay una ruptura entre las moléculas conectadas;
- calor necesario para el trabajo de expansión de moléculas en el proceso de conversión de sustancias líquidas en vapor o gas.
¿Cómo está pasando esto?
La transición de una sustancia de un estado líquido a un estado gaseoso puede ocurrir de dos maneras:
- La evaporación es un proceso en el que las moléculas escapan de la superficie de una sustancia líquida.
- Ebullición es el proceso de vaporización de un líquido al llevar la temperatura al calor específico de ebullición de una sustancia.
A pesar de que ambos fenómenos transforman una sustancia líquida en gas, existen diferencias significativas entre ellos. La ebullición es un proceso activo que ocurre solo a cierta temperatura, mientras que la evaporación ocurre bajo cualquier condición. Otra diferencia es que la ebullición es característica de todo el espesor del líquido, mientras que el segundo fenómeno ocurre solo en la superficie de las sustancias líquidas.
Teoría cinética molecular de la evaporación
Si consideramos este proceso a nivel molecular, sucede de la siguiente manera:
- Las moléculas en las sustancias líquidas están en constante movimiento caótico, todas tienen velocidades completamente diferentes. Mientras tanto, las partículas se atraen entre sí debido a las fuerzas de atracción. Cada vez que chocan entre sí, sus velocidades cambian. En algún momento, algunos desarrollan una velocidad muy alta, lo que les permite superar las fuerzas de la gravedad.
- Estos elementos, que aparecieron en la superficie del líquido, tienen tal energía cinética que son capaces de superarenlaces intermoleculares y dejar el líquido.
- Son estas moléculas muy rápidas las que salen volando de la superficie de una sustancia líquida, y este proceso tiene lugar constante y continuamente.
- Una vez en el aire, se convierten en vapor; esto se llama vaporización.
- Como consecuencia de esto, la energía cinética promedio de las partículas restantes se vuelve cada vez más pequeña. Esto explica el enfriamiento del líquido. Recuerda cómo en la infancia nos enseñaron a soplar un líquido caliente para que se enfríe más rápido. Resulta que aceleramos el proceso de evaporación del agua y la temperatura bajó mucho más rápido.
¿De qué factores depende?
Hay muchas condiciones necesarias para que ocurra este proceso. Viene de todos los lugares donde hay partículas de agua: estos son lagos, mares, ríos, todos los objetos húmedos, las cubiertas de los cuerpos de los animales y las personas, así como las hojas de las plantas. Se puede concluir que la evaporación es un proceso muy importante e indispensable para el mundo circundante y todos los seres vivos.
Estos son los factores que influyen en este fenómeno:
- La tasa de evaporación depende directamente de la composición del propio líquido. Se sabe que cada uno de ellos tiene sus propias características. Por ejemplo, aquellas sustancias en las que el calor de vaporización sea menor se convertirán más rápidamente. Comparemos dos procesos: evaporación de alcohol y agua ordinaria. En el primer caso, la conversión a estado gaseoso ocurre más rápido, porque el calor específico de vaporización y condensación para el alcohol es de 837 kJ/kg, y para el agua casi tres veces.más - 2260 kJ/kg.
- La velocidad también depende de la temperatura inicial del líquido: cuanto más alta, más rápido se forma el vapor. Como ejemplo, tomemos un vaso de agua, cuando hay agua hirviendo dentro del recipiente, la vaporización ocurre a un ritmo mucho mayor que cuando la temperatura del agua es más baja.
- Otro factor que determina la velocidad de este proceso es el área superficial del líquido. Recuerda que la sopa caliente se enfría más rápido en un bol de gran diámetro que en un platito pequeño.
- La velocidad de distribución de las sustancias en el aire determina en gran medida la velocidad de evaporación, es decir, cuanto más rápida se produce la difusión, más rápida se produce la vaporización. Por ejemplo, con vientos fuertes, las gotas de agua se evaporan más rápido de la superficie de lagos, ríos y embalses.
- La temperatura del aire en la habitación también juega un papel importante. Hablaremos más sobre esto a continuación.
¿Cuál es el papel de la humedad del aire?
Debido al hecho de que el proceso de evaporación ocurre en todas partes de manera continua y constante, siempre hay partículas de agua en el aire. En forma molecular, parecen un grupo de elementos H2O. Los líquidos pueden evaporarse dependiendo del volumen de vapor de agua en la atmósfera, este coeficiente se llama humedad del aire. Viene en dos tipos:
- La humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor de agua en el aire y la densidad del vapor saturado a la misma temperatura como porcentaje. Por ejemplo, una puntuación de 100% indicaque la atmósfera está completamente saturada con moléculas de H2O.
- El absoluto caracteriza la densidad del vapor de agua en el aire, denotada por la letra f y muestra cuántas moléculas de agua hay en 1m3 aire.
La conexión entre el proceso de evaporación y la humedad del aire se puede determinar de la siguiente manera. Cuanto menor sea la humedad relativa del aire, más rápida se producirá la evaporación de la superficie de la tierra y otros objetos.
Evaporación de diversas sustancias
En diferentes sustancias, este proceso procede de manera diferente. Por ejemplo, el alcohol se evapora más rápido que muchos líquidos debido a su bajo calor específico de vaporización. A menudo, estas sustancias líquidas se denominan volátiles, porque el vapor de agua se evapora literalmente de ellas a casi cualquier temperatura.
El alcohol también puede evaporarse incluso a temperatura ambiente. En el proceso de preparación del vino o vodka, el alcohol se conduce a través del alcohol ilegal, alcanzando solo el punto de ebullición, que es aproximadamente igual a 78 grados. Sin embargo, la temperatura real de evaporación del alcohol será un poco más alta, porque en el producto original (por ejemplo, puré) es una combinación con varios aceites aromáticos y agua.
Condensación y sublimación
El siguiente fenómeno se puede observar cada vez que el agua hierve en el hervidor. Tenga en cuenta que cuando el agua hierve, cambia de estado líquido a estado gaseoso. Sucede de esta manera: un chorro caliente de vapor de agua consale volando de la tetera a través de su pico a gran velocidad. En este caso, el vapor formado no es visible directamente a la salida del pico, sino a una corta distancia de este. Este proceso se denomina condensación, es decir, el vapor de agua se espesa hasta tal punto que se hace visible a nuestros ojos.
La evaporación de un sólido se llama sublimación. Al mismo tiempo, pasan del estado de agregación al estado gaseoso, pasando por alto la etapa líquida. El caso más famoso de sublimación está asociado con los cristales de hielo. En su forma original, el hielo es un sólido; a temperaturas superiores a 0°C, comienza a derretirse, tomando un estado líquido. Sin embargo, en algunos casos, a temperaturas negativas, el hielo pasa a forma de vapor, sin pasar por la fase líquida.
Efecto de la evaporación en el cuerpo humano
Gracias a la evaporación se produce la termorregulación en nuestro organismo. Este proceso se lleva a cabo mediante un sistema de autoenfriamiento. En un día caluroso y bochornoso, una persona que se dedica a cierto trabajo físico se calienta mucho. Esto significa que aumenta la energía interna. Y como saben, a temperaturas superiores a 42 °, la proteína en la sangre humana comienza a coagularse, si este proceso no se detiene a tiempo, conducirá a la muerte.
El sistema de autoenfriamiento está diseñado de tal manera que regula la temperatura para una vida normal. Cuando la temperatura alcanza el máximo permitido, comienza la sudoración activa a través de los poros de la piel. Y luego desde la superficie de la piel se produceevaporación, que absorbe el exceso de energía corporal. En otras palabras, la evaporación es un proceso que contribuye al enfriamiento del cuerpo a un estado normal.
