Evaporación y volatilidad. Tasa de evaporación

Ocurre desde la superficie libre de un líquido.

Sublimación, o sublimación, es decir. La transición de una sustancia del estado sólido al gaseoso también se llama evaporación.

Se sabe por observaciones cotidianas que la cantidad de cualquier líquido (gasolina, éter, agua) que se encuentra en un recipiente abierto disminuye gradualmente. El líquido no desaparece sin dejar rastro, se convierte en vapor. La evaporación es uno de los tipos. vaporización. Otro tipo está hirviendo.

Mecanismo de evaporación.

¿Cómo ocurre la evaporación? Las moléculas de cualquier líquido están en movimiento continuo y aleatorio, y cuanto mayor es la temperatura del líquido, mayor es la energía cinética de las moléculas. El valor medio de la energía cinética tiene un valor determinado. Pero para cada molécula la energía cinética puede ser mayor o menor que el promedio. Si hay una molécula cerca de la superficie con energía cinética suficiente para vencer las fuerzas de atracción intermolecular, saldrá volando del líquido. Lo mismo se repetirá con otra molécula rápida, con la segunda, tercera, etc. Al salir, estas moléculas forman vapor sobre el líquido. La formación de este vapor es la evaporación.

Absorción de energía durante la evaporación.

A medida que las moléculas más rápidas salen volando del líquido durante la evaporación, la energía cinética promedio de las moléculas restantes en el líquido es cada vez menor. Esto significa que la energía interna del líquido que se evapora disminuye. Por lo tanto, si no hay entrada de energía al líquido desde el exterior, la temperatura del líquido que se evapora disminuye, el líquido se enfría (por eso, en particular, una persona con ropa mojada tiene más frío que con ropa seca, especialmente en el viento).

Sin embargo, cuando el agua vertida en un vaso se evapora, no notamos una disminución de su temperatura. ¿Comó podemos explicar esto? El hecho es que la evaporación en este caso ocurre lentamente y la temperatura del agua se mantiene constante debido al intercambio de calor con el aire circundante, desde donde ingresa al líquido. cantidad requerida calor. Esto significa que para que se produzca la evaporación de un líquido sin cambiar su temperatura, se debe impartir energía al líquido.

La cantidad de calor que se debe impartir a un líquido para formar una unidad de masa de vapor a temperatura constante se llama calor de vaporización.

Tasa de evaporación del líquido.

A diferencia de hirviendo, la evaporación ocurre a cualquier temperatura; sin embargo, a medida que aumenta la temperatura del líquido, aumenta la tasa de evaporación. Cuanto mayor es la temperatura del líquido, más moléculas que se mueven rápidamente tienen suficiente energía cinética para superar las fuerzas de atracción de las partículas vecinas y salir volando del líquido, y más rápido se produce la evaporación.

La tasa de evaporación depende del tipo de líquido. Los líquidos volátiles cuyas fuerzas de interacción intermoleculares son pequeñas (por ejemplo, éter, alcohol, gasolina) se evaporan rápidamente. Si deja caer ese líquido en su mano, sentirá frío. Al evaporarse de la superficie de la mano, dicho líquido se enfriará y le quitará algo de calor.

La velocidad de evaporación de un líquido depende de su superficie libre. Esto se explica por el hecho de que el líquido se evapora de la superficie y por qué. área más grande superficie libre del líquido, mayor será el número de moléculas que vuelan simultáneamente en el aire.

En un recipiente abierto, la masa de líquido disminuye gradualmente debido a la evaporación. Esto se debe a que la mayoría de las moléculas de vapor se dispersan en el aire sin regresar al líquido (a diferencia de lo que ocurre en un recipiente cerrado). Pero una pequeña parte de ellos regresa al líquido, lo que ralentiza la evaporación. Por tanto, con el viento, que arrastra las moléculas de vapor, la evaporación del líquido se produce más rápidamente.

Aplicación de la evaporación en la tecnología.

Juegos de evaporación papel importante en energía, refrigeración, procesos de secado, enfriamiento evaporativo. Por ejemplo, en la tecnología espacial, los vehículos de descenso están recubiertos con sustancias que se evaporan rápidamente. Al atravesar la atmósfera del planeta, el cuerpo del dispositivo se calienta como resultado de la fricción y la sustancia que lo recubre comienza a evaporarse. Al evaporarse, enfría la nave espacial, evitando así que se sobrecaliente.

Condensación.

Condensación(del lat. condensación- compactación, condensación) - la transición de una sustancia de un estado gaseoso (vapor) a un estado líquido o sólido.

Se sabe que en presencia de viento el líquido se evapora más rápido. ¿Por qué? El hecho es que simultáneamente con la evaporación de la superficie del líquido, se produce condensación. La condensación se produce debido al hecho de que algunas de las moléculas de vapor, que se mueven aleatoriamente sobre el líquido, regresan a él nuevamente. El viento se lleva las moléculas que salen volando del líquido y no les permite regresar.

La condensación también puede ocurrir cuando el vapor no está en contacto con el líquido. Es la condensación la que explica, por ejemplo, la formación de nubes: las moléculas de vapor de agua que se elevan sobre el suelo, en las capas más frías de la atmósfera, se agrupan en minúsculas gotas de agua, cuyas acumulaciones forman las nubes. La condensación del vapor de agua en la atmósfera también produce lluvia y rocío.

Durante la evaporación, el líquido se enfría y, volviéndose más frío que el medio ambiente, comienza a absorber su energía. Durante la condensación, por el contrario, se libera una cierta cantidad de calor hacia ambiente, y su temperatura aumenta ligeramente. La cantidad de calor liberado durante la condensación de una unidad de masa es igual al calor de evaporación.

La evaporación de un líquido ocurre a cualquier temperatura y cuanto más rápida es la temperatura, mayor es el área de superficie libre del líquido que se evapora y más rápido se eliminan los vapores formados sobre el líquido.

A una determinada temperatura, dependiendo de la naturaleza del líquido y de la presión a la que se encuentra, comienza la vaporización en toda la masa del líquido. Este proceso se llama ebullición.

Se trata de un proceso de intensa vaporización no sólo desde la superficie libre, sino también en el volumen del líquido. En el volumen se forman burbujas llenas de vapor saturado. Se elevan bajo la acción de una fuerza de flotación y se rompen en la superficie. Los centros de su formación son pequeñas burbujas de gases extraños o partículas de diversas impurezas.

Si la burbuja tiene dimensiones del orden de varios milímetros o más, entonces el segundo término puede despreciarse y, por lo tanto, para burbujas grandes a presión externa constante el líquido hierve cuando la presión vapor saturado en las burbujas se vuelve igual a la presión externa.

Como resultado del movimiento caótico sobre la superficie del líquido, la molécula de vapor, al caer en la esfera de acción de las fuerzas moleculares, regresa nuevamente al líquido. Este proceso se llama condensación.

Evaporación y ebullición.

La evaporación y la ebullición son dos formas en que un líquido puede convertirse en gas (vapor). El proceso de tal transición se llama vaporización. Es decir, la evaporación y la ebullición son métodos de vaporización. Existen diferencias significativas entre estos dos métodos.

La evaporación se produce únicamente desde la superficie del líquido. Es el resultado de que las moléculas de cualquier líquido se encuentran en constante movimiento. Además, la velocidad de las moléculas es diferente. Las moléculas con una velocidad suficientemente alta, una vez en la superficie, pueden superar la fuerza de atracción de otras moléculas y terminar en el aire. Las moléculas de agua, individualmente en el aire, forman vapor. Es imposible ver a las parejas a través de sus ojos. Lo que vemos como niebla de agua ya es el resultado de la condensación (el proceso opuesto a la vaporización), cuando, cuando se enfría, el vapor se acumula en forma de pequeñas gotas.

Como resultado de la evaporación, el líquido mismo se enfría cuando las moléculas más rápidas lo abandonan. Como sabes, la temperatura está determinada precisamente por la velocidad de movimiento de las moléculas de una sustancia, es decir, su energía cinética.

La tasa de evaporación depende de muchos factores. En primer lugar, depende de la temperatura del líquido. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápida será la evaporación. Esto es comprensible, ya que las moléculas se mueven más rápido, lo que significa que les resulta más fácil escapar de la superficie. La velocidad de evaporación depende de la sustancia. En algunas sustancias, las moléculas se sienten atraídas con más fuerza y, por tanto, les resulta más difícil salir volando, mientras que en otras son más débiles y, por tanto, salen más fácilmente del líquido. La evaporación también depende de la superficie, la saturación del aire con vapor y el viento.

Lo más importante que distingue la evaporación de la ebullición es que la evaporación ocurre a cualquier temperatura y solo desde la superficie del líquido.

A diferencia de la evaporación, la ebullición se produce sólo a una determinada temperatura. Cada sustancia en estado líquido tiene su propio punto de ebullición. Por ejemplo, el agua a presión atmosférica normal hierve a 100 °C y el alcohol a 78 °C. Sin embargo, a medida que disminuye la presión atmosférica, el punto de ebullición de todas las sustancias disminuye ligeramente.

Cuando el agua hierve, se libera el aire disuelto en ella. Dado que el recipiente generalmente se calienta desde abajo, la temperatura en las capas inferiores de agua es más alta y allí se forman primero burbujas. El agua se evapora en estas burbujas y se saturan de vapor de agua.

Como las burbujas son más ligeras que el agua misma, se elevan hacia arriba. Debido a que las capas superiores de agua no se han calentado hasta el punto de ebullición, las burbujas se enfrían y el vapor que contienen se condensa nuevamente en agua, las burbujas se vuelven más pesadas y se hunden nuevamente.

Cuando todas las capas de líquido se calientan hasta la temperatura de ebullición, las burbujas ya no descienden, sino que suben a la superficie y estallan. El vapor que desprenden acaba en el aire. Así, durante la ebullición, el proceso de vaporización no se produce en la superficie del líquido, sino en todo su espesor en las burbujas de aire que se forman. A diferencia de la evaporación, la ebullición sólo es posible a una determinada temperatura.

Debe entenderse que cuando un líquido hierve, también se produce una evaporación normal desde su superficie.

¿Qué determina la tasa de evaporación del líquido?

Una medida de la tasa de evaporación es la cantidad de sustancia que se escapa por unidad de tiempo de una unidad de superficie libre del líquido. El físico y químico inglés D. Dalton en principios del XIX v. encontró que la tasa de evaporación es proporcional a la diferencia entre la presión del vapor saturado a la temperatura del líquido que se evapora y la presión real del vapor real que existe sobre el líquido. Si el líquido y el vapor están en equilibrio, entonces la tasa de evaporación es cero. Más precisamente, sucede, pero el proceso inverso también ocurre a la misma velocidad: condensación(transición de una sustancia de un estado gaseoso o vaporoso a líquido). La tasa de evaporación también depende de si ocurre en una atmósfera tranquila o en movimiento; su velocidad aumenta si el vapor resultante se expulsa mediante una corriente de aire o se bombea con una bomba.

Si la evaporación ocurre en una solución líquida, entonces diferentes sustancias evaporarse a diferentes velocidades. La tasa de evaporación de una sustancia determinada disminuye al aumentar la presión de gases extraños, como el aire. Por lo tanto, la evaporación al vacío se produce a la mayor velocidad. Por el contrario, añadiendo un gas extraño e inerte al recipiente, se puede ralentizar considerablemente la evaporación.

A veces, la evaporación también se llama sublimación o sublimación, es decir, transición. sólido a estado gaseoso. Casi todos sus patrones son realmente similares. El calor de sublimación es mayor que el calor de evaporación en aproximadamente el calor de fusión.

Entonces, la tasa de evaporación depende de:

Una especie de líquido. El líquido cuyas moléculas se atraen con menos fuerza se evapora más rápido. De hecho, en este caso, puede vencer la gravedad y salir volando del líquido. numero mayor moléculas.
La evaporación se produce más rápidamente cuanto mayor es la temperatura del líquido. Cuanto mayor es la temperatura de un líquido, mayor es el número de moléculas que se mueven rápidamente en él y que pueden superar las fuerzas de atracción de las moléculas circundantes y alejarse de la superficie del líquido.
La velocidad de evaporación de un líquido depende de su superficie. Esta razón se explica por el hecho de que el líquido se evapora de la superficie y cuanto mayor es la superficie del líquido, mayor es el número de moléculas que vuelan simultáneamente desde él hacia el aire.
La evaporación del líquido ocurre más rápidamente con el viento. Simultáneamente con la transición de moléculas de líquido a vapor, también ocurre el proceso inverso. Moviéndose aleatoriamente sobre la superficie del líquido, algunas de las moléculas que lo abandonaron regresan a él nuevamente. Por tanto, la masa del líquido en un recipiente cerrado no cambia, aunque el líquido continúa evaporándose.

conclusiones

Decimos que el agua se evapora. Pero, ¿qué significa? La evaporación es el proceso por el cual un líquido en el aire se convierte rápidamente en gas o vapor. Muchos líquidos se evaporan muy rápidamente, mucho más rápido que el agua. Esto se aplica al alcohol, la gasolina, amoníaco. Algunos líquidos, como el mercurio, se evaporan muy lentamente.

¿Qué causa la evaporación? Para entender esto, es necesario comprender algo sobre la naturaleza de la materia. Hasta donde sabemos, toda sustancia está formada por moléculas. Sobre estas moléculas actúan dos fuerzas. Uno de ellos es la cohesión, que los atrae entre sí. El otro es movimiento térmico moléculas individuales, lo que hace que se separen.

Si la fuerza adhesiva es mayor, la sustancia permanece en estado sólido. Si el movimiento térmico es tan fuerte que excede la cohesión, entonces la sustancia se convierte o es un gas. Si las dos fuerzas están aproximadamente equilibradas, entonces tenemos un líquido.

El agua, por supuesto, es un líquido. Pero en la superficie de un líquido hay moléculas que se mueven tan rápido que superan la fuerza de adhesión y vuelan al espacio. El proceso por el que salen las moléculas se llama evaporación.

¿Por qué el agua se evapora más rápido cuando se expone al sol o se calienta? Cuanto mayor es la temperatura, más intenso es el movimiento térmico en el líquido. Esto significa que cada vez más moléculas ganan suficiente velocidad para volar. A medida que las moléculas más rápidas se alejan, la velocidad de las moléculas restantes disminuye en promedio. ¿Por qué el líquido restante se enfría por evaporación?

Entonces, cuando el agua se seca, significa que se ha convertido en gas o vapor y ha pasado a formar parte del aire.

Cuantitativamente, la evaporación se caracteriza por la masa de agua que se evapora por unidad de tiempo de una unidad de superficie. Esta cantidad se llama tasa de evaporación. En el sistema SI se expresa en kg/(m 2. s), en el GHS, en g/(cm 2. s).

La tasa de evaporación aumenta al aumentar la temperatura de la superficie de evaporación. Durante el proceso de evaporación, las moléculas de agua que se convierten en vapor gastan parte de su energía en superar las fuerzas de cohesión y en el trabajo de expansión asociado con el aumento del volumen del líquido, que pasa a estado gaseoso. Como resultado, la energía promedio de las moléculas que permanecen en el líquido disminuye y el líquido se enfría. Para continuar el proceso de evaporación se requiere calor adicional, lo que se denomina calor de evaporación. El calor de evaporación disminuye al aumentar la temperatura de la superficie de evaporación.

Si la evaporación se produce desde la superficie del agua, entonces esta dependencia se expresa mediante la fórmula:

Q = Q 0 - 0,65. t, (5.9)

donde Q es el calor de evaporación, J/g;

t – temperatura de la superficie que se evapora, 0 C;

Q0 = 2500 J/kg.

Si la evaporación se produce en la superficie del hielo o la nieve, entonces:

Q = Q 0 - 0,36. t, (5.10)

A efectos prácticos, la tasa de evaporación se expresa por la altura (en mm) de la capa de agua que se evapora por unidad de tiempo. Una capa de agua de 1 mm de altura, que se evaporará en un área de 1 m 2, corresponde a su masa de 1 kg.

Según la ley de Dalton, la tasa de evaporación de W en kg/(m2.s) es directamente proporcional al déficit de humedad calculado a partir de la temperatura de la superficie de evaporación, e inversamente proporcional a la presión atmosférica:

donde E 1 es la elasticidad de saturación, tomada de la temperatura de la superficie de evaporación, hPa;

e - presión de vapor en el aire circundante, hPa;

R - Presión atmosférica, hPa;

A es el coeficiente de proporcionalidad, que depende de la velocidad del viento.

De la ley de Dalton se desprende claramente que cuanto mayor es la diferencia (E 1-e), mayor es la tasa de evaporación. Si la superficie que se evapora es más cálida que el aire, entonces E 1 es mayor que la elasticidad de saturación E a la temperatura del aire. En este caso, la evaporación continúa incluso cuando el aire está saturado con vapor de agua, es decir, si e = E (pero E

Por el contrario, si la superficie de evaporación está más fría que el aire, entonces con una humedad relativa bastante alta puede resultar que E 1

Dependencia de la tasa de evaporación de la presión atmosférica. debido al hecho de que en el aire en calma la difusión molecular aumenta al disminuir la presión externa: cuanto más baja es, más fácil es para las moléculas desprenderse de la superficie de evaporación. Sin embargo, la presión atmosférica en la superficie terrestre fluctúa dentro de límites relativamente pequeños. Por lo tanto, no puede cambiar significativamente la tasa de evaporación. Pero hay que tenerlo en cuenta, por ejemplo, al comparar las tasas de evaporación a diferentes altitudes en zonas montañosas.

La tasa de evaporación depende de la velocidad del viento.. A medida que aumenta la velocidad del viento, aumenta la difusión turbulenta, de la que depende en gran medida la tasa de evaporación. Cuanto más intensa sea la mezcla turbulenta, más rápida será la transferencia de vapor de agua al medio ambiente. Si el aire se transfiere de la tierra a una masa de agua, entonces la tasa de evaporación de la masa de agua aumenta, ya que el aire que fluye sobre una superficie relativamente más seca tiene un déficit de humedad mayor que el que fluye sobre la masa de agua. Cuando el aire se transfiere desde la superficie del agua a la tierra, la tasa de evaporación disminuye gradualmente como resultado de una disminución en el déficit de humedad en el aire sobre el agua. La tasa de evaporación de la superficie de los mares y océanos se ve afectada por su salinidad, ya que la elasticidad de saturación sobre la solución es menor que sobre el agua dulce.

La evaporación desde la superficie del suelo se ve afectada significativamente por propiedades físicas, estado de la superficie activa, relieve y otros factores. Una superficie lisa se evapora menos que una superficie rugosa, ya que la mezcla turbulenta se desarrolla menos sobre ella que sobre una superficie rugosa. Los suelos claros, en igualdad de condiciones, se evaporan menos que los suelos oscuros, ya que se calientan menos. Los suelos sueltos con capilares anchos se evaporan menos que los suelos densos con capilares estrechos. Esto se explica por el hecho de que a través de capilares estrechos el agua sube más cerca de la superficie del suelo que a través de los anchos. La tasa de evaporación depende del grado de humedad del suelo: cuanto más seco está el suelo, más lenta se produce la evaporación. La tasa de evaporación se ve afectada por el terreno. En las elevaciones por encima de las cuales hay una intensa mezcla turbulenta, la evaporación se produce más rápidamente que en las tierras bajas, barrancos y valles, donde el aire es menos móvil.

La cobertura vegetal afecta la tasa de evaporación. Reduce significativamente la evaporación directamente desde la superficie del suelo. Sin embargo, las propias plantas evaporan mucha humedad, que toman del suelo. La evaporación de la humedad por parte de las plantas es un proceso físico y biológico y se llama transpiración.

La pérdida total de vapor de agua de una superficie determinada con la misma cobertura vegetal se denomina evapotranspiración. Incluye la evaporación de la superficie de la tierra y de las plantas.

La evaporación es la máxima evaporación posible en un área determinada desde una determinada superficie activa con una cantidad suficiente de humedad bajo las condiciones meteorológicas existentes allí.

El proceso de evaporación de líquidos volátiles se describe mediante la ecuación de Langmuir-Knudsen:

donde W es la tasa de evaporación; m es la masa de líquido evaporado; τ - duración de la evaporación; superficie de evaporación s; P1 - presión de vapor líquido; M - peso molecular; T - temperatura de la superficie de evaporación; 0< k < 1 - поправочный коэффициент.

Debido al calor de evaporación, la superficie del líquido se enfría, lo que introduce un error en la determinación de la tasa de evaporación. La disminución de la temperatura de la superficie de evaporación depende de la volatilidad del disolvente (Fig. 21): cuanto mayor es la volatilidad del disolvente, mayor es la disminución de la temperatura de la superficie. Al determinar experimentalmente la volatilidad de los disolventes, es necesario tener en cuenta la transferencia de calor desde el aire y desde el sustrato. Teniendo esto en cuenta, la disminución de la temperatura de la superficie de evaporación se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

donde h es el coeficiente de transferencia de calor; k - conductividad térmica; ΔHsp - calor de evaporación; pi0 es la presión de vapor saturado del disolvente; Pi00 es la presión de vapor del disolvente sobre la superficie; Cn - coeficiente experimental teniendo en cuenta la transferencia de calor desde el sustrato; cn se puede calcular en función de resultados experimentales; para acetona Cn = 4,8.

Los resultados calculados concuerdan bien con los experimentales. Por tanto, cuando el agua se evapora a 25 0C, su superficie se enfría a 15,6 0C. Al mismo tiempo, la presión de vapor disminuye de 3,20 kPa (24 mm Hg) a 1,73 kPa (13 mm Hg).

Arroz. 21. Disminución de la temperatura de la superficie durante la evaporación de disolventes: 1 - acetato de butilo; 2- tolueno; alcohol 3-isopropílico; 4-hexano; 5-acetona.

Si el aire circundante tiene una humedad del 50%, lo que corresponde a una presión de vapor de agua de 1,60 kPa (12 mmHg), entonces la fuerza impulsora de la evaporación, igual a la diferencia de presión de vapor, en ausencia de enfriamiento de la superficie a 25 ° C sería 3,20 - 1,60 = 1,60 kPa (12 mm Hg); cuando se enfría la superficie, la fuerza motriz disminuye significativamente: 1,73-1,60 = 0,13 kPa (1 mm Hg). En consecuencia, la tasa de evaporación disminuye 12 veces.

Cuando un disolvente se difunde desde una capa líquida, sus moléculas deben difundir a través de: a) la fase líquida hasta la superficie, b) la capa superficial del líquido y c) la capa límite laminar de aire. Después de esto, una vez en la capa turbulenta de aire que fluye, los vapores del disolvente son arrastrados. Desde el punto de vista de la difusión, la evaporación de un líquido se describe mediante la ecuación de Gardner:

(13)

donde a es una constante; D es el coeficiente de difusión de moléculas líquidas al aire; P-presión atmosférica; x es el espesor efectivo de la capa de aire laminar sobre la superficie de evaporación.

Si la ecuación de Langmuir-Knudsen (11) es válida sólo para la evaporación de un disolvente al vacío, entonces la ecuación de Gardner (13) se puede aplicar en el caso de la evaporación en aire; sin embargo, también contiene una constante cuyo valor está determinado por las condiciones experimentales. Además de los parámetros incluidos en la ecuación de Gardner, la evaporación también se ve influenciada significativamente por la velocidad del aire sobre la superficie de evaporación.

El espesor efectivo de la capa laminar sobre la superficie x depende tanto de la velocidad del aire como de la forma del recipiente en el que se realiza la determinación. Estos parámetros, así como la longitud de la superficie de evaporación en contacto con el flujo de aire, se tienen en cuenta mediante la siguiente ecuación:

(14)

donde n es la concentración de vapor en la superficie; H es la distancia desde la superficie de evaporación a la pared; l es la longitud de la superficie de evaporación; V1 - velocidad lineal del aire; D es el coeficiente de difusión de las moléculas de disolvente en el aire; ξ - coeficiente de desplazamiento aerodinámico (coeficiente de captura).

Las fórmulas (11), (13) y (14) nos permiten expresar la tasa absoluta de evaporación. Para los tecnólogos de pinturas y barnices, suele ser suficiente tener valores relativos para comparar la volatilidad de los disolventes. La volatilidad relativa Wrel está determinada por la duración de la evaporación de una cierta cantidad de disolvente en comparación con un disolvente de referencia, por ejemplo éter dietílico, acetato de butilo (BA) o xileno:

(15)

donde τBA90% es el tiempo de evaporación del 90% de acetato de butilo; τ90%: tiempo de evaporación del 90% de un disolvente determinado.

Se han desarrollado varios métodos y sus modificaciones para determinar la volatilidad relativa de los disolventes. Estos métodos se basan en determinar la cinética de la evaporación de disolventes a partir de películas delgadas, ya que el proceso de evaporación de grandes masas de disolventes no da una idea de la naturaleza de la volatilización de disolventes de pinturas y barnices.

Para estudiar la cinética de la evaporación, se aplican pequeñas cantidades de disolvente a diversos sustratos, tanto porosos (papel Whatman, papel de filtro) como lisos (vidrio, aluminio). Para garantizar que el sustrato se humedezca uniformemente durante el experimento, la superficie de, por ejemplo, discos de aluminio se trata con una solución alcalina. Otra dificultad es eliminar las irregularidades de las capas debidas al efecto capilar. Dependiendo de la forma y el tamaño del disco sobre el que se aplica el disolvente, el líquido puede subir por sus lados o acumularse en el centro del disco.

En la naturaleza, las sustancias pueden encontrarse en uno de tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso. La transición del primero al segundo y viceversa se puede observar todos los días, especialmente en invierno. Sin embargo, la transformación de líquido en vapor, que se conoce como proceso de evaporación, suele ser invisible a la vista. A pesar de su aparente insignificancia, juega un papel importante en la vida humana. Entonces, descubramos más sobre esto.

Evaporación: ¿qué es?

Cada vez que decides poner a hervir una tetera para preparar té o café, puedes observar cómo, al alcanzar los 100 °C, el agua se convierte en vapor. Esto es exactamente lo que es un ejemplo práctico del proceso de vaporización (la transición de una determinada sustancia a un estado gaseoso).

Hay dos tipos de vaporización: ebullición y evaporación. A primera vista son idénticos, pero esto es un error común.

La evaporación es la formación de vapor a partir de la superficie de una sustancia y la ebullición es la formación de vapor a partir de todo su volumen.

Evaporación y ebullición: ¿cuál es la diferencia?

Aunque el proceso de evaporación y ebullición hacen que un líquido cambie a estado gaseoso, vale la pena recordar dos diferencias importantes entre ellos.

La ebullición es un proceso activo que ocurre a una determinada temperatura. Para cada sustancia es única y sólo puede cambiar con una disminución de la presión atmosférica. En condiciones normales, el agua debe hervir a 100 °C, para el aceite de girasol refinado a 227 °C, para el aceite de girasol sin refinar a 107 °C. Por el contrario, el alcohol necesita una temperatura más baja para hervir: 78 °C. La temperatura de evaporación puede ser cualquiera y, a diferencia de la ebullición, se produce constantemente.
La segunda diferencia significativa entre los procesos es que durante la ebullición, la vaporización se produce en todo el espesor del líquido. Mientras que la evaporación del agua u otras sustancias se produce únicamente desde su superficie. Por cierto, el proceso de ebullición siempre va acompañado de evaporación.

Proceso de sublimación

Se cree que la evaporación es una transición de un estado de agregación líquido a gaseoso. Sin embargo, en casos raros, sin pasar por el estado líquido, es posible la evaporación directamente del estado sólido al gaseoso. Este proceso se llama sublimación.

Esta palabra es familiar para todos los que alguna vez han pedido una taza o una camiseta con su foto favorita en un salón de fotografía. Para aplicar de forma permanente una imagen sobre tela o cerámica se utiliza este tipo de evaporación, en honor a ella, este tipo de impresión se llama sublimación.

Además, dicha evaporación se utiliza a menudo para el secado industrial de frutas y verduras y para preparar café.

Aunque la sublimación es mucho menos común que la evaporación de un líquido, a veces se puede observar en la vida cotidiana. Por lo tanto, la ropa lavada y mojada que se cuelga para secar en invierno se congela instantáneamente y se endurece. Sin embargo, poco a poco esta rigidez va desapareciendo y las cosas se vuelven secas. En este caso, el agua del estado de hielo, sin pasar por la fase líquida, pasa directamente al vapor.

¿Cómo ocurre la evaporación?

Como la mayoría de los procesos físicos y químicos, las moléculas desempeñan un papel importante en el proceso de evaporación.

En los líquidos se sitúan muy cerca unos de otros, pero no tienen una ubicación fija. Gracias a ello, pueden “viajar” por toda el área del líquido, y a diferentes velocidades. Esto se logra debido a que durante el movimiento chocan entre sí y a partir de estas colisiones cambia su velocidad. Al volverse lo suficientemente rápidas, las moléculas más activas pueden subir a la superficie de una sustancia y, superando la fuerza de atracción de otras moléculas, abandonar el líquido. Así se evapora el agua u otra sustancia y se forma vapor. ¿No es un poco como volar un cohete al espacio?

Aunque las moléculas más activas pasan del líquido al vapor, sus “hermanas” restantes continúan en constante movimiento. Poco a poco, adquieren la velocidad necesaria para superar la atracción y pasar a otro estado de agregación.

Al salir progresiva y constantemente del líquido, las moléculas utilizan para ello su energía interna y ésta disminuye. Y esto afecta directamente la temperatura de la sustancia: disminuye. Por eso la cantidad de té refrescante en la taza disminuye ligeramente.

Condiciones de evaporación

Al observar los charcos después de la lluvia, notará que algunos de ellos se secan más rápido y otros tardan más. Dado que su secado es un proceso de evaporación, podemos utilizar este ejemplo para comprender las condiciones necesarias para ello.

La velocidad de evaporación depende del tipo de sustancia que se evapora, porque cada una de ellas tiene características únicas que afectan el tiempo durante el cual sus moléculas se transforman completamente en estado gaseoso. Si deja abiertas 2 botellas idénticas llenas con la misma cantidad de líquido (una contiene alcohol C2H5OH y la otra agua H2O), el primer recipiente se vaciará más rápido. Porque, como se mencionó anteriormente, la temperatura de evaporación del alcohol es más baja, lo que significa que se evaporará más rápido.
Lo segundo de lo que depende la evaporación es la temperatura ambiente y el punto de ebullición de la sustancia evaporada. Cuanto más alto sea el primero y más bajo el segundo, más rápido podrá llegar el líquido y pasar a estado gaseoso. Por eso, al realizar algunas reacciones químicas que implican evaporación, las sustancias se calientan especialmente.
Otra condición de la que depende la evaporación es la superficie de la sustancia de la que se produce. Cuanto más grande es, más rápido se produce el proceso. Considerando varios ejemplos de evaporación, podemos pensar nuevamente en el té. A menudo se vierte en un platillo para que se enfríe. Allí, la bebida se enfrió más rápido porque la superficie del líquido aumentó (el diámetro del platillo es mayor que el diámetro de la taza).
Y de nuevo sobre el té. Otra forma conocida de enfriarlo más rápido es soplarlo. Cómo puedes notar que de la presencia del viento (movimiento del aire) es de lo que también depende la evaporación. Cuanto mayor sea la velocidad del viento, más rápido las moléculas líquidas se convertirán en vapor.
La presión atmosférica también afecta la tasa de evaporación: cuanto menor es, más rápido pasan las moléculas de un estado a otro.

Condensación y desublimación

Una vez convertidas en vapor, las moléculas no dejan de moverse. En un nuevo estado de agregación, comienzan a chocar con las moléculas de aire. Debido a esto, en ocasiones pueden volver a un estado líquido (condensación) o sólido (desublimación).

Cuando los procesos de evaporación y condensación (desublimación) son equivalentes entre sí, a esto se le llama equilibrio dinámico. Si una sustancia gaseosa está en equilibrio dinámico con su líquido de composición similar, se llama vapor saturado.

Evaporación y hombre.

Considerando varios ejemplos de evaporación, uno no puede dejar de recordar el impacto de este proceso en el cuerpo humano.

Como saben, a una temperatura corporal de 42,2 °C, la proteína de la sangre de una persona se coagula, lo que provoca la muerte. El cuerpo humano puede calentarse no solo debido a una infección, sino también al realizar trabajo físico, practicar deportes o permanecer en una habitación calurosa.

El cuerpo logra mantener una temperatura aceptable para el funcionamiento normal gracias al sistema de autoenfriamiento: la sudoración. Si la temperatura corporal aumenta, el sudor se libera a través de los poros de la piel y luego se evapora. Este proceso ayuda a "quemar" el exceso de energía y ayuda a enfriar el cuerpo y normalizar su temperatura.

Por cierto, por eso no hay que creer incondicionalmente en los anuncios que presentan el sudor como el principal desastre de la sociedad moderna y tratan de vender a compradores ingenuos todo tipo de sustancias para deshacerse de él. Es imposible obligar al cuerpo a sudar menos sin alterar su funcionamiento normal, y un buen desodorante sólo puede enmascarar el desagradable olor a sudor. Por lo tanto, el uso de antitranspirantes, diversos polvos y polvos puede causar un daño irreparable al cuerpo. Después de todo, estas sustancias obstruyen los poros o estrechan los conductos excretores de las glándulas sudoríparas, lo que significa que privan al cuerpo de la capacidad de controlar su temperatura. En los casos en los que aún sea necesario el uso de antitranspirantes, primero debes consultar a tu médico.

El papel de la evaporación en la vida vegetal.

Como sabes, no sólo los humanos somos 70% agua, sino también las plantas, y algunas, como los rábanos, son 90%. Por eso, la evaporación también es importante para ellos.

El agua es una de las principales fuentes de sustancias beneficiosas (y nocivas) que ingresan al cuerpo de la planta. Sin embargo, para que estas sustancias sean absorbidas es necesaria la luz solar. Pero en los días calurosos, el sol no sólo puede calentar la planta, sino también sobrecalentarla, destruyéndola.

Para evitar que esto suceda, los representantes de la flora son capaces de autoenfriarse (similar al proceso humano de sudoración). En otras palabras, cuando las plantas se sobrecalientan, evaporan el agua y así se enfrían. Por eso se presta tanta atención al riego de jardines y huertas en verano.

Cómo se utiliza la evaporación en la industria y en el hogar.

Para las industrias química y alimentaria, la evaporación es un proceso indispensable. Como se mencionó anteriormente, no solo ayuda a deshidratar muchos productos (evaporar la humedad de ellos), lo que aumenta su vida útil; pero también ayuda a elaborar productos dietéticos ideales (menos peso y calorías, con mayor contenido en nutrientes).

La evaporación (especialmente la sublimación) también se utiliza para purificar diversas sustancias.

Otro campo de aplicación es el aire acondicionado.

No te olvides de la medicina. Después de todo, el proceso de inhalación (inhalación de vapor saturado con medicamentos) también se basa en el proceso de evaporación.

Humos peligrosos

Sin embargo, como todo proceso, éste también tiene aspectos negativos. Después de todo, no sólo las sustancias útiles pueden convertirse en vapor y ser inhaladas por personas y animales, sino también sustancias mortales. Y lo más triste es que son invisibles, lo que significa que una persona no siempre sabe que ha estado expuesta a una toxina. Por eso es necesario evitar quedarse sin máscaras y trajes protectores en fábricas y empresas que trabajan con sustancias peligrosas.

Desgraciadamente, en casa también pueden acechar vapores nocivos. Después de todo, si los muebles, el papel tapiz, el linóleo u otros artículos están hechos de materiales baratos y con tecnología deficiente, son capaces de liberar al aire toxinas que poco a poco “envenenarán” a sus dueños. Por eso, a la hora de adquirir cualquier artículo conviene fijarse en el certificado de calidad de los materiales con los que está fabricado.