Trataré de combinar los aspectos correctos de las respuestas y comentarios publicados hasta ahora, y elaborar un poco.
1. Evaporación. Una transición de fase, en este caso de líquido a gas, ocurre cuando las condiciones (temperatura y presión) son tales que hay una reducción neta de energía libre para sacar una molécula del líquido y ponerla en el gas. En una interfaz entre un líquido y un gas, una molécula de agua puede salir del líquido al azar y unirse al gas, o caerse del gas y unirse al líquido. Este sistema gas / líquido está en equilibrio si el cambio en la energía libre es el mismo para que una molécula vaya en cualquier dirección. En este caso, las moléculas se transfieren en ambas direcciones a la misma velocidad, y no hay cambio neto. Si tiene una situación que no está en equilibrio, entonces las moléculas se transferirán del líquido al gas o el gas al líquido preferentemente, y esto continuará hasta que la presión o la temperatura hayan cambiado para alcanzar el equilibrio, o hasta que una fase sea completamente desaparecido En muchos ejemplos comunes, nunca se alcanza el equilibrio. Por ejemplo, a temperatura ambiente, el punto de equilibrio para el agua estará a una presión de aproximadamente 20 Torr. Si la humedad relativa es inferior al 100%, la presión parcial del agua en el aire es inferior a 20 Torr. Entonces, si pones un vaso de agua en esa atmósfera, las moléculas de agua tenderán a dejar el líquido y unirse al gas. Dado que la atmósfera es mucho más grande que el vaso de agua, esta evaporación no cambiará notablemente la presión parcial del agua en la atmósfera, por lo que el agua continuará evaporándose hasta que se convierta por completo en gas. Por otro lado, si coloca una tapa sobre el vidrio, la evaporación solo continuaría hasta que la presión parcial del agua llegara a 20 Torr.
Bien, ¿cuándo ocurre la ebullición? La diferencia entre la ebullición y la evaporación es que, al hervir, se forman burbujas de gas, dentro o en la superficie del líquido. La formación de estas burbujas requiere energía extra. Entonces, la ebullición ocurre cuando hay una reducción neta en la energía libre para sacar una molécula del líquido y ponerla en el gas mientras se expande una burbuja . Para la formación de burbujas, primero se debe formar al azar una burbuja microscópica (nucleada), y luego tiene que crecer. La energía de una burbuja proviene de la tensión superficial (la interfaz gas / líquido tiene mayor energía que una “interfaz” líquido / líquido) y de la necesidad de expandirse contra la presión (la burbuja tiene que levantar el agua por encima de ella). Como se discutió anteriormente, a temperatura ambiente, el punto de equilibrio entre el agua líquida y gaseosa es de 20 Torr. Si una burbuja se nucleara a temperatura ambiente, solo se le agregaría gas hasta una presión de 20 Torr, que no es suficiente para hacer crecer la burbuja contra la presión atmosférica de 760 Torr. Entonces esto no sucede, y el agua no hierve a temperatura ambiente y presión atmosférica. Solo se evapora. Vemos que para que ocurra la ebullición, la presión de vapor de equilibrio del agua gaseosa debe ser de al menos 760 Torr (es decir, la presión de vapor de agua debe ser de al menos presión atmosférica). Para el agua a 1 atm, este punto se alcanza a 100 C. En este punto (o justo arriba), las burbujas pueden crecer cerca de la superficie del agua líquida porque la presión dentro de la burbuja es mayor que la presión que intenta colapsar la burbuja. Sin embargo, todavía no se produce la ebullición, porque las burbujas deben nuclearse antes de que puedan crecer. La nucleación es complicada y depende de la situación particular (por ejemplo, el agua en un recipiente de vidrio liso no puede hervir por encima de 100 C).
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2. Pasaje alrededor del punto crítico. La respuesta en este sentido también es correcta. A una presión y temperatura suficientemente altas, la distinción entre líquido y gas se rompe, y no hay transición de fase entre los dos, por lo tanto, no hay evaporación o ebullición. Al comenzar como un líquido, entrar en el régimen supercrítico, luego volver al régimen subcrítico en la fase gaseosa, evita la ebullición.
3. Sublimación. Aunque tal vez el autor de la pregunta solo estaba pensando en las transiciones de líquido a gas, también pueden ocurrir transiciones de sólido a gas, en este caso, cuando hay una reducción neta en la energía libre de sacar una molécula del sólido y ponerla en un gas. Para el agua, esto tiene lugar a una presión inferior a aproximadamente 5 Torr.
