¿Cómo funciona la condensación a nivel atómico?

Quizás sea más fácil mirar cada fase como partículas que se comportan de cierta manera. ‘partículas de gas’ es un poco engañoso en ese sentido, parece implicar que las partículas de gas son diferentes de las partículas líquidas (es muy posible que simplemente se refiera a las partículas en el gas, por supuesto).

Entonces tenemos un gas, hecho de partículas de agua, ¿qué hacen estas partículas en un gas? Bueno, generalmente no interactúan realmente, o al menos no interactúan tan a menudo y con tanta fuerza como lo harían en forma líquida. En el líquido hay enlaces moleculares que mantienen a las moléculas pegadas entre sí, esta es una situación rentable (en cuanto a energía). Para hacer la transición a la fase gaseosa, estos enlaces moleculares deben romperse primero, esto solo se puede hacer si la energía requerida está en algún lugar de ese sistema y si esa energía está disponible. Obviamente, para un cambio macroscópico, también necesitarías energía suficiente para hacer esto con muchas partículas. Esta energía está presente y disponible si la temperatura es lo suficientemente alta.

Entonces, para condensar, necesitas lo contrario. Debe eliminar la energía del sistema, esto significa que la energía necesaria para mantener esos enlaces moleculares rotos no está disponible, por lo que las moléculas no pueden evitar formar estos enlaces nuevamente, esto los mantiene cerca y cuando hay suficientes moléculas se mantienen unidos, lo llamaríamos agua.

Por lo general, esto sucede cuando hay una superficie más fría cerca, por ejemplo, el vidrio de una ventana, a menudo es más frío que el interior de la habitación y, por lo tanto, es el primer lugar donde se mostrará la condensación.

Comencemos con esto: todas las partículas se atraen entre sí.

La fuerza de la fuerza de atracción varía según la composición química, pero todos los átomos y / o moléculas se atraen entre sí con al menos cierta cantidad de fuerza.

Si dos partículas se acercan entre sí lo suficientemente lentamente, sus fuerzas de atracción harán que se peguen cerca una de la otra, como dos imanes que se mueven lentamente.

Pero si las partículas se mueven demasiado rápido, se liberarán de la atracción mutua de los demás y continuarán sus viajes.

La velocidad promedio de las partículas en una sustancia varía con la temperatura. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven las partículas, en promedio. Digamos que tienes una sustancia en su fase gaseosa. Las partículas se mueven tan rápido que se rompen unas a otras y se mueven más o menos libremente.

Ahora imagine que baja la temperatura del gas. Las moléculas comenzarán a moverse más lentamente a medida que pierden energía. Cuando la temperatura cae por debajo de un nivel crítico, las moléculas se moverán demasiado lentamente para escapar de la atracción atractiva de otras moléculas de gas. Las partículas comenzarán a agregarse, formando gotas líquidas. Las gotas líquidas se adherirán a otras gotas líquidas y se condensará un cuerpo de líquido.

Para evaporar el líquido, simplemente invierta el proceso: agregue calor hasta que las moléculas se muevan tan rápido que comiencen a liberarse de las atracciones de otras moléculas y vuelen como un gas.

Es muy interesante La evaporación / condensación es una “transición de fase de primer orden”, lo que significa que ambas fases pueden coexistir a la misma temperatura y presión. Si saca calor del sistema, más gas se convierte en líquido; Si vuelve a poner calor, más líquido se evapora en gas (que generalmente se denomina “vapor” en tales condiciones). Pero la temperatura y la presión permanecen igual hasta que todo el gas se haya condensado o todo el líquido se haya evaporado. Es una especie de batalla entre la energía y la entropía: las moléculas de gas se adhieren entre sí, lo que reduce su energía en la fase líquida (algo bueno desde su punto de vista), pero en la fase gaseosa tienen muchas más “opciones de vida” sobre dónde ir y qué hacer: tienen una mayor entropía. Entonces, la transición de fase es donde uno se balancea contra el otro. Algo así como.

Hay una pequeña fuerza de atracción entre las partículas (átomos / moléculas): piense en ella como la atracción entre los protones en los núcleos de una partícula y los electrones de otras partículas. La diferencia entre un gas y un líquido es que el nivel de energía de un gas es lo suficientemente alto como para abrumar esta pequeña fuerza, lo que significa que las partículas pueden viajar libremente. Un líquido tiene un nivel de energía más bajo, de modo que esta pequeña fuerza de atracción tenderá, en conjunto, a mantener las partículas juntas.

A medida que la temperatura (nivel de energía) de un gas cae, alcanza un punto crítico donde esa pequeña fuerza se vuelve lo suficientemente significativa como para mantener juntas las partículas. Cualquier partícula en el gas que ocurra al azar para acercarse lo suficiente el uno al otro tenderá a permanecer unida, combinando su atracción para que otras partículas que se acerquen sean más propensas a unirse: nuclear o formar centros de atracción. Estos se convierten en gotas que se combinan aún más. El agua en particular tiene una fuerte fuerza de atracción, es una molécula polarizada, por lo que tiende a crear gotas bien definidas. Estas gotas tienden a formarse más fácilmente en las superficies o alrededor de las partículas atmosféricas, en parte porque las moléculas de agua tienden a ser atraídas por dichos puntos de nucleación, y en parte porque la superficie puede ser más fría (a menor energía) que la atmósfera circundante, lo que ralentiza el agua gaseosa y haciendo que sea más probable que se combine con otras moléculas en un líquido.