Vaporización: Fórmula y ejemplos de calor

Publicado el 23 diciembre, 2023 por Rodrigo Ricardo

Vaporización definición

¿Qué es la vaporización? La definición de vaporización afirma que es un fenómeno físico en el que una sustancia pasa de la fase líquida a la fase de vapor. Ni los líquidos ni los gases tienen forma porque sus moléculas están mal empaquetadas. Los líquidos poseen un volumen definido, a diferencia de las sustancias en fase de vapor. Esto se debe a que las fuerzas intermoleculares entre las partículas líquidas son relativamente fuertes en comparación con los gases; razón por la cual las partículas líquidas están más cerca unas de otras y más empaquetadas. Los espacios intermoleculares entre las partículas de gas son bastante grandes; las moléculas se mueven libremente. Cuando el líquido pasa a la fase gaseosa, sus moléculas se vuelven aún más sueltas y los espacios intermoleculares se vuelven más grandes. ¿Cómo ocurre la vaporización? Ocurre cuando hay un aumento de la energía cinética de una sustancia; la atracción intermolecular entre las partículas se reduce y las moléculas se compactan más sueltas. En consecuencia, estas moléculas se elevan y escapan como vapores. Esto se hace suministrando activamente al líquido una cantidad suficiente de energía térmica, en otras palabras, calor.

Partículas líquidas
Partículas de vapor

Hay dos tipos de vaporización:

  • Hirviendo
  • Evaporación

Las siguientes subsecciones discuten la diferencia entre los tipos de vaporización.

Hirviendo

La ebullición es un proceso físico relativamente rápido que implica la vaporización de líquidos. La ebullición se produce a una temperatura fija, la temperatura de ebullición, que es la temperatura a la que un líquido comienza a entrar en la fase de vapor. El punto de ebullición normal es la temperatura de ebullición de una sustancia a presión atmosférica (1 atm). La ebullición se produce cuando se suministra una cantidad suficiente de energía térmica a una sustancia. Este tipo de vaporización es bastante vigoroso; ocurre en todo el líquido e implica la formación de burbujas dentro del líquido. También ocurre cuando la presión interna del líquido es la misma que la presión atmosférica.

Tipos de vaporización

Evaporación

Evaporación es otro tipo de vaporización que implica la transición de líquidos a vapores. Ocurre a cualquier temperatura; también puede ocurrir a temperatura ambiente. Este proceso no necesita una fuente activa de energía térmica; el calor suministrado por el ambiente es suficiente (por insignificante que sea la cantidad). La condición principal para que ocurra la evaporación es que el aire sobre el líquido que se evapora esté insaturado; el aire no tiene la máxima cantidad de vapores de agua. A diferencia de la ebullición, la evaporación es un proceso lento que ocurre en la superficie de un líquido que está expuesto a la atmósfera (no sellado en un recipiente hermético). No se forman burbujas en este tipo de vaporización. Lo que es único acerca de los procesos de evaporación es que la temperatura del líquido en evaporación disminuye a medida que se evapora. Esto se debe a que a medida que las moléculas de vapor emergen de la superficie del líquido, la energía cinética promedio del líquido disminuye. En consecuencia, esto disminuye la temperatura del líquido. Recuerde que la energía cinética y la temperatura son directamente proporcionales.

Tipos de vaporización

Ejemplos de vaporización

Los siguientes son ejemplos de vaporización:

  • Abrir una botella de agua sellada y dejarla afuera durante días provoca la evaporación de algunas partículas de agua.
  • La superficie de un charco de agua se evapora durante el día.
  • El agua se convierte en vapor cuando llega el momento de hervir. Ejemplos: agua hirviendo para té, agua hirviendo para pasta, etc.

Calor de vaporización

¿Qué es el calor de vaporización? El calor de vaporización, también conocido como entalpía de vaporización, es simplemente la cantidad de energía necesaria para hacer la transición de una cantidad específica de líquido a vapor. La entalpía de evaporación es función de la temperatura; desciende a medida que aumenta la temperatura y disminuye por completo cuando la temperatura del líquido se vuelve igual a la temperatura crítica, que es la temperatura más alta posible a la que el vapor no puede licuarse mediante cambios de presión únicamente. Se forma un fluido supercrítico cuando la temperatura está muy por encima de la temperatura crítica. Un fluido supercrítico se utiliza para describir un estado en el que coexisten partículas de vapor y líquido.

El calor de fusión es la energía necesaria para convertir un sólido en líquido en el punto de fusión. Cabe señalar que la energía para convertir líquidos en gases es mucho mayor que la energía necesaria para convertir sólidos en líquidos.

Fórmula de calor de vaporización

La fórmula del calor de vaporización es el calor requerido para desencadenar la vaporización de una sustancia dividido por la masa de la sustancia:

Hv = q / m

Donde Hv es la entalpía de vaporización, q es el calor o energía térmica ym es la masa de la sustancia.
Ejemplo 1

¿Cuál es la energía necesaria para vaporizar 100 g de agua? Dado que Hv = 2260 J / g.

q = Hv * m = 2260 J / g * 100 g = 226 000 J

La fórmula del calor de fusión es:

Hf = q / m

Donde Hf es el calor de fusión, q es la energía y m es la masa.
Ejemplo 2

¿Cuál es la energía necesaria para convertir 20 g de plomo sólido en líquido? Dado que Hf = 25 J / g.

q = Hv * m = 25 J / g * 20 g = 500 J

Unidades de calor de vaporización

Las unidades de calor de vaporización son:

  • Calorías por gramo cal / g.
  • Julios por gramo J / g.
  • Julios por mol J / mol (calor molar de vaporización).

La unidad más común es el julio por gramo, que también se puede expresar como julio por kilogramo o kilojulio por kilogramo.

¿Tiene el agua un alto calor de vaporización?

¿Tiene el agua un alto calor de vaporización? El calor de vaporización del agua es muy alto; requiere al menos 2260 julios para convertir solo un gramo de agua líquida en vapor. Esto es muy favorable porque si el calor de vaporización del agua fuera bajo, la vida en la tierra sería imposible; toda el agua se vaporizaría rápidamente sin mucho calor requerido. La razón principal por la que el agua tiene un Hv alto se debe a la capacidad de sus moléculas para formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua vecinas. Estos enlaces intermoleculares son bastante fuertes; se necesita un gran aporte de energía para romperlos.

Ejemplos del calor de vaporización

La tabla resume el calor molar de vaporización de algunos elementos comunes.

ElementoCalor de vaporización
Hidrógeno0,452 kJ / mol
Helio0,083 kJ / mol
Litio147 kJ / mol
Oxígeno3,41 kJ / mol
Azufre9,8 kJ / mol
Nitrógeno2,79 kJ / mol
Planchar347 kJ / mol
Carbón715 kJ / mol
Cloro10,2 kJ / mol
Yodo20,9 kJ / mol

Resumen de la lección

La vaporización es un proceso físico en el que el líquido se convierte en vapor. Hay dos tipos de vaporización; ebullición, que es un proceso de vaporización vigoroso que involucra la formación de burbujas y ocurre en el punto de ebullición de una sustancia, y la evaporación, que es un proceso de vaporización lento que ocurre en la superficie de un líquido a cualquier temperatura. El punto de ebullición normal es la temperatura de ebullición de un líquido a 1 atm. La ebullición requiere una entrada activa de energía para que ocurra mientras que la evaporación ocurre espontáneamente; absorbe energía del medio ambiente. El calor de la vaporización mide la energía necesaria para convertir un gramo de líquido en vapor en el punto de ebullición. Es una función de calor que disminuye al aumentar la temperatura y disminuye a la temperatura crítica, que es la temperatura máxima en la que el vapor no se puede licuar solo a través de cambios de presión. Por encima de la temperatura crítica existe el fluido supercrítico, que es un estado en el que coexisten tanto líquidos como vapores. La fórmula de calor de vaporización es:

Hv = q / m

El calor de fusión mide la energía necesaria para convertir un gramo de un sólido en un líquido en el punto de fusión. Su fórmula es Hf = q / m. Las unidades tanto del calor de vaporización como de fusión pueden ser J / g, cal / g o J / mol. Se requiere más energía para convertir líquidos en vapor que sólidos en líquidos. El agua tiene un alto calor de vaporización porque se necesita una gran cantidad de energía para superar los fuertes enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas de agua.

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