¿Por qué el agua produce vapores cuando se calienta, incluso a temperaturas muy por debajo de los 100 grados C?

El vapor es más desordenado que el líquido. así que cuando el agua se vaporiza aumenta su entropía. El aumento de la entropía significa que este último estado se logra espontáneamente. pero no significa que este último estado se logre rápidamente. Para escapar de la mayor parte del líquido, tiene que escapar de la fuerza atractiva desequilibrada ejercida por las moléculas debajo de la superficie. Esto requiere un gasto de energía. A medida que calienta el agua, más y más moléculas de agua comienzan a escapar de la tensión superficial a medida que alcanzan su nivel de excitación suficiente. gradualmente llega a un punto en el que el equilibrio entre el estado líquido y el estado de vapor se vuelve completamente sesgado hacia el estado de vapor. ese punto particular se llama punto de ebullición.

EDITAR 1: a temperaturas por debajo del punto de ebullición, las moléculas de agua solo escapan de la superficie. Las moléculas de agua en la mayor parte del líquido justo debajo de la superficie o muy por debajo de la superficie no pueden convertirse en fase de vapor porque cada vez que lo hacen y forman una burbuja dentro del líquido, la burbuja se colapsa a medida que la presión dentro de la burbuja dentro del líquido no es suficiente para soportar la presión atmosférica ambiental y la presión ejercida por el líquido que lo rodea. pero en el punto de ebullición, esta presión es casi igual a la presión atmosférica, lo que significa que las burbujas de vapor en la masa, cerca de la superficie, podrán resistir la presión externa. Esto es lo que diferencia la evaporación de la ebullición. en la evaporación hablamos solo de la superficie del agua, pero mientras hierve, la mayor parte del líquido comienza a vaporizarse. A medida que calienta, se forman más burbujas incluso a mayor profundidad.

Primero, recuerde que las moléculas de agua en su muestra pueden tener un rango de energías, incluso si tiene una temperatura constante. Si bien lo siguiente se usa normalmente para un gas ideal, también puede usar una distribución de Maxwell-Boltzmann para aproximar el rango de energías que tiene para sus moléculas de agua. (Esto no es bueno para las moléculas de la superficie, pero olvídalo por un segundo).
El punto de esto es que incluso a bajas temperaturas, algunas de sus moléculas de agua aún pueden tener mucha energía cinética. Algunos tendrán suficiente energía para escapar de las atracciones de las otras moléculas de agua y convertirse en un gas (si se encuentran en la superficie). Cuanto mayor sea la temperatura que establezca, más moléculas tendrá sobre un cierto umbral que le permitirá formar un gas.

La otra cosa para recordar es que su olla de agua no está en el vacío. Hay moléculas de aire (N2, O2, etc.) que vuelan por encima de la superficie de esa agua. Al igual que las bolas de billar (o billar), esas moléculas de aire pueden golpear la superficie de su agua y transferir parte de su energía a las moléculas de agua que se encuentran debajo (y viceversa). Esta molécula de agua ahora puede tener suficiente energía para escapar de sus vecinos y volar como un gas.

Sin embargo, el gráfico anterior no explica la ebullición y no estoy explicando toda la imagen. Pero esto debería ayudarlo a comenzar.

El primer problema es que, desde nuestra infancia, nos han enseñado que el agua hierve a 100 grados centígrados.

Cierto. Pero parcialmente.

Nuestros maestros en la escuela no nos enseñan que el punto de ebullición del agua es de 100 grados centígrados CUANDO LA PRESIÓN ES ATMOSFÉRICA.

Ahora, la temperatura de ebullición es función de la temperatura y la presión.

Entonces, la pregunta es: ¿Estás parado en una montaña donde la presión atmosférica es de 0.1 bar? En ese caso, su agua podría hervir a solo 50 grados centígrados.

El punto que estoy tratando de decirte es que si has visto vapor saliendo del agua en el programa de Discovery Channel, entonces ese experimento debe tener una presión más baja que la temperatura ambiente normal comenzó a hervirlo. (¡no hay necesidad de 100 grados en absoluto!)

¿O ha visto vapor saliendo del agua a un nivel de presión normal?

En ese caso, los fenómenos explicados por otros aquí se denominan Evaporación / Condensación.

Digamos que tienes un cubo de agua abierto a la atmósfera. La presión atmosférica y la temperatura normales están ahí para que no tenga lugar la ebullición directa. ¡PERO! Si comienza a pasar un flujo de aire completamente seco (fracción de sequedad = 0), ¿qué sucederá?

Las moléculas superficiales de agua serán absorbidas (¡no es una palabra correcta!) Por este aire seco para saturarse (fracción de sequedad = 1). Esto es probablemente lo que podría haber visto y se preguntó cómo es que el agua se evapora sin hervir a 100 grados centígrados.

Gracias por A2A.

Hay dos fenómenos claramente diferentes.
1. Evaporación / Condensación: Esto ocurre solo en la interfaz del límite agua / aire . Simplemente ponga la superficie del agua. He combinado deliberadamente Evaporación / Condensación juntos. Porque ambos suceden juntos a ritmos diferentes y el efecto neto podría ser cualquiera de ellos. Este fenómeno ocurre a todas las temperaturas.
La velocidad a la que ocurre depende de varios factores, como el área, la temperatura, la humedad del aire, el movimiento del aire y otros posibles factores.
Condensación y Evaporación
Evaporación

2. Ebullición: por otro lado, esto ocurre a una temperatura fija para una presión de aire dada. En este caso, el agua se convierte rápidamente en vapor en todo el cuerpo del líquido y luego sube a la superficie. La temperatura nunca aumenta más allá de esta temperatura fija que es de 100 grados C para la presión atmosférica al nivel del mar. Cualquier cantidad de calor suministrada aumenta la velocidad de ebullición, que depende solo de la cantidad de calor suministrada.
Hirviendo


Otros factores que afectan son la presencia de sólidos disueltos en el agua.

En caso de vacío muy grande como el espacio, el agua hervirá y desaparecerá a cualquier temperatura.

En el caso de un vacío sellado en el laboratorio, hervirá pero inmediatamente después ya no permanecerá vacío, de modo que allí se estabilizará a la presión de vapor del agua a esa temperatura.

Para una olla a presión sucede lo contrario.

Para más detalles técnicos vea este punto triple

Recomendaría leer sobre propiedades coligativas después de leer mi respuesta. Están relacionados con su pregunta. Algunas propiedades coligativas son: –
1.) Elevación del punto de ebullición.
2.) Depresión en el punto de congelación
3.) presión osmótica

No solo el agua sino todos los líquidos volátiles (incluido el mercurio) se convierten en vapor a cualquier temperatura, excepto a cero K *

* Hasta lo mejor de mi conocimiento. Sin embargo, si lo que dijo Max Rieger era correcto (lo cual no es para mí, pero tal vez él sabe algo que yo no), entonces sucedería incluso a cero K.

-NOTA- Incluso los sólidos volátiles se convierten en vapor

(EN CASO DE AGUA) ¿CÓMO SE CONVIERTE EN VAPOR ANTES DE 100 * C?

  1. Las moléculas tienen energía cinética (rotacional y traslacional).
  2. Esta energía es utilizada por las moléculas en la superficie para la evaporación. Entonces, si aumenta la temperatura, entonces aumenta la velocidad de evaporación.
  3. Algunas de las moléculas evaporadas (las moléculas en fase gaseosa) luego golpean con la superficie del líquido y se condensan. Por lo tanto, se establece un equilibrio entre la evaporación y la condensación.
  4. Todos saben (por estudio o por instinto de las experiencias de la vida diaria) que la constante de equilibrio depende de la temperatura, es decir, más temperatura conduce a más evaporación. Más evaporación significa más vapores.
  5. La presión de los vapores en la superficie del líquido en equilibrio de evaporación y condensación se llama presión de vapor.

¿CÓMO ES DIFERENTE LA HERVÍA?

Bueno …………… La ebullición involucra un caso especial de presión de vapor.

Cuando la presión de vapor de un líquido se vuelve igual a la presión atmosférica, comienza la ebullición del líquido. Ahora es esencial comprender que incluso en el punto de ebullición hay un equilibrio. Es el equilibrio entre el vapor (vapores de agua en este punto en particular) y el agua hirviendo.

Cuando calienta el líquido más (incluso en pequeñas cantidades), se requiere presión de vapor para construir el equilibrio> presión atmosférica

No importa cuántos vapores se desarrollen, es imposible aumentar la presión atmosférica de la tierra, por lo tanto, toda el agua se evaporará y no se verá ninguna gota de agua en el vaso de precipitados.

Ahora podrás entender cuando Dilip Damle dijo
“En caso de vacío muy grande como el espacio, el agua hervirá y desaparecerá a cualquier temperatura”
fue porque —-> sin atmósfera —–> sin presión atmosférica–> presión de vapor en el punto de ebullición = 0 —-> No importa cuántos vapores escapen, no pueden aumentar la presión del universo —> cada gota de agua se escapa para tratar de aumentar la presión del universo hasta la presión de vapor del líquido (pero todo en vano y lo que obtienes es un recipiente vacío).

Espero haber dejado todo completamente claro en el párrafo anterior

En resumen: lo que sucede al vacío en cualquier temperatura ocurre en la tierra por encima de 100 * c (para agua)

Espero eso ayude.

EDITAR…..
Olvidé por completo el principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual los objetos no pueden simplemente congelarse en su lugar, por lo que los objetos deben tener cierta incertidumbre en la posición incluso a 0 K. En resumen, Max Rieger es correcto.

El agua se evapora a una temperatura inferior a su punto de ebullición porque debido a la menor humedad, la presión de vapor del agua no es lo que debería ser, para superar esa presión de vapor, algunas moléculas de la superficie del agua pasan a la fase gaseosa y el equilibrio dinámico alcanza cuando la presión parcial del agua en la habitación es igual a la presión de vapor del agua.

Permítanme aclarar una cosa, el punto de ebullición del agua es de 100 grados centígrados a presión atmosférica, y esta temperatura es una función de la presión. También la ebullición es un fenómeno a granel que tiene lugar en las interfaces de una superficie sólida y líquida. mientras que la vaporización es un fenómeno superficial que tiene lugar en la interfaz de la fase líquida y gaseosa (aire). Molécula de agua en la superficie, se une con moléculas justo debajo de ellas. Pero no tienen enlaces desde la parte superior, son bastante libres de la parte superior. Y tienen una mayor tendencia a escapar incluso con una menor cantidad de calor suministrado. Por lo tanto, se puede formar vapor por debajo de 100 grados centígrados

Cada líquido siempre produce vapores. Porque, de las moléculas en la superficie que experimenta fuerzas desequilibradas en comparación con las moléculas dentro del líquido. Al aumentar la temperatura aumentamos la tasa de formación de vapores.

A2A. Dos cosas que puede observar cuando dice que el agua produce vapores por debajo de 100 grados C:

1. Esas no son en realidad las moléculas de agua que se convierten en vapor. en cambio, son las moléculas de aire que escapan del agua. Porque, a medida que aumenta la temperatura, la solubilidad del aire disminuye y, por lo tanto, comienza a escapar. Esto podría ayudarte a entenderlo:

2. La temperatura en el fondo del recipiente es mayor que la de la parte superior, por lo que el agua en el fondo alcanza el punto de ebullición antes que el agua en la parte superior. Entonces, incluso si la temperatura neta es de 60 grados, en la parte inferior, podría ser más alta que la que PUEDE causar que el agua produzca vapor.

3. Cuando la presión de vapor es mayor que la presión atmosférica, el agua comienza a producir más y más vapor, por lo que no tiene que alcanzar los 100 ° C para producir vapor, si la presión atmosférica es baja.

Porque todo está en movimiento, incluso a 0K. Eso significa que siempre existe la posibilidad de escapar a la Fase de gas.