Editar: esta respuesta se escribió originalmente para una pregunta ligeramente diferente. Sin embargo, se aplica el mismo principio: que al medir bajas concentraciones de aire húmedo es más ligero que el aire seco, y ese resultado puede extrapolarse a concentraciones más altas.
Hasta donde sé, el agua en el aire no se limita al comportamiento monomolecular, y en su camino a la condensación en las nubes pueden formar partículas coloidales: pequeñas partículas de moléculas de agua fusionadas que varían en tamaño desde unas pocas moléculas de agua hasta miles. La estabilidad de estos depende de la termodinámica: si la temperatura es muy alta, más moléculas serán monomoleculares y existirán coloides por períodos más cortos.
Original:
Entonces, antes de poner cualquier número, siempre es bueno determinar qué ecuaciones se van a usar.
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Comencemos con la ley de los gases ideales.
PV = nRT
Sabemos que está a temperatura y presión estándar, por lo que las únicas incógnitas son V (el volumen) yn (el número de moles).
Por lo tanto, sabemos que la densidad molar n / V = P / RT
Y de ahí la densidad:
rho = mP / RT
Donde m es la masa molar del agua.
Enchufar los números:
m (agua) = 18.01 g / mol
m (aire) = 28,97 g / mol
m (3% de agua) = 28,64 g / mol
P = 100 kPa
R = 8.31 J / K / mol
T = 273.15 K
Por lo tanto, las densidades son:
Vapor de agua: 0,79 g / L
Aire: 1.28 g / L
3% de agua: 1.26 g / L
La razón por la cual estos números no son exactamente los mismos que los citados es que el vapor de aire y agua (especialmente el vapor de agua: el H2O es una molécula muy polar) no son gases ideales y, por lo tanto, las fuerzas intermoleculares cambiarán las propiedades del gas.
El número citado en Wikipedia se refiere al vapor de agua puro, que aunque no es estable en condiciones atmosféricas estándar, presenta el resultado exacto de que, en general, el componente de vapor de agua del aire húmedo es menos denso que el componente seco.